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第1章　耐磨材料研究与生产的发展趋势1

1.1　磨损问题对国民经济的重要意义1

1.2　耐磨材料发展史上的三个重要里程碑4

1.2.1　第一个里程碑——白口铸铁的应用4

1.2.2　第二个里程碑——高锰钢的发明5

1.2.3　第三个里程碑——高铬铸铁研制成功6

1.3　常用耐磨材料6

1.3.1　奥氏体锰钢6

1.3.2　低合金耐磨钢7

1.3.3　镍硬铸铁7

1.3.4　低铬白口铸铁7

1.3.5　高铬铸铁8

1.3.6　耐磨硬质合金8

1.4　耐磨材料的研究现状9

1.4.1　高锰钢的合金化及变质改性处理10

1.4.2 中锰钢及变质改性处理10

1.4.3　超高锰钢及低碳高锰钢的研制11

1.4.4　白口铸铁研究的新进展11

1.4.5　复合材料的应用12

1.4.6　金属磁性衬板的研制12

1.4.7　低合金耐磨球墨铸铁的研制13

1.4.8 中碳多元合金钢的研制13

1.5　国内外耐磨材料研究和生产的发展趋势13

1.5.1　对耐磨材料的基本要求13

1.5.2　耐磨材料研究的方向14

1.5.3　耐磨材料工业的发展方向15

参考文献16

第2章　摩擦学的定义及研究的主要内容18

2.1　摩擦学原理18

2.1.1　摩擦的概念18

2.1.2　摩擦学的研究19

2.1.3　摩擦的分类20

2.2　摩擦定律21

2.2.1　古典摩擦定律21

2.2.2　摩擦理论22

2.3　金属材料的摩擦26

2.3.1　金属材料摩擦的分类26

2.3.2　在空气中表面未沾染的洁净金属的摩擦性能27

2.3.3　去汽金属表面的摩擦性能28

2.4　非金属材料的摩擦30

2.4.1　脆性固体的摩擦30

2.4.2　聚合物的摩擦32

参考文献35

第3章　磨料磨损的特征及分类36

3.1　磨料磨损的定义及特征36

3.1.1　人类对摩擦磨损的认识36

3.1.2　磨损的定义37

3.1.3　磨料磨损的三要素37

3.1.4　磨料磨损的主要特征38

3.2　磨料磨损的分类38

3.2.1　决定摩擦磨损系统的三因素38

3.2.2　磨损分类的七种方法39

3.2.3　磨料磨损研究的新进展40

3.3　磨损的评定方法41

3.3.1　磨损量42

3.3.2　磨损率42

3.3.3　耐磨性42

3.3.4　冲蚀磨损率43

3.4　静载条件下的表面接触及应力分布43

3.5　动载条件下的表面接触及应力分布45

参考文献49

第4章　高钒高速钢的研究开发与应用状况51

4.1　高速钢的百年发展历程51

4.1.1　高速钢的定义51

4.1.2　高速钢的诞生51

4.1.3　高速钢的发展52

4.1.4　高速钢发展年表54

4.1.5　高速钢化学成分及性能表55

4.2　高钒高速钢的由来55

4.2.1　新型耐磨材料——高钒高速钢55

4.2.2　高钒耐磨合金优良的特性59

4.3　高钒高速钢的化学成分60

4.3.1　高速钢的成分沿革60

4.3.2　高碳高钒高速钢的化学成分特点60

4.4　高钒高速钢的组织与性能62

4.4.1　高钒高速钢的凝固组织62

4.4.2　高钒高速钢的热处理63

4.4.3　高钒高速钢的耐磨性和磨损机理63

4.4.4　高钒高速钢的断裂韧性64

4.5　高钒耐磨合金钢的粉末冶金技术65

4.5.1　高钒耐磨合金钢制程的优点65

4.5.2　高钒耐磨钢CPM 10V的特性65

4.6　国内外高钒高速钢的研究应用现状68

4.7　高钒高速钢研发过程中有待解决的问题70

4.7.1　应用范围71

4.7.2　化学成分71

4.7.3　凝固过程71

4.7.4　组织形态71

4.7.5　热处理工艺72

4.7.6　磨损性能与机理的研究72

4.8　本书关于高钒高速钢研究的主要内容72

参考文献73

第5章　研制高钒高速钢的实验方法76

5.1　高钒高速钢化学成分设计76

5.2　熔化工艺76

5.3　定向凝固实验77

5.3.1　定向凝固实验目的和装置77

5.3.2　试样制备及实验方法77

5.3.3　检测方法78

5.4　在连续冷却条件下的冷却曲线与相变温度的测定78

5.4.1　冷却曲线的测定78

5.4.2　相变温度的确定79

5.5　力学性能测试79

5.6　磨损性能测试79

5.6.1　滑动磨粒磨损实验79

5.6.2　滚动磨损实验80

5.6.3　冲击磨损实验81

5.7　金相组织与相的检测方法83

5.7.1　显微组织与相的分析83

5.7.2　残余奥氏体的测定方法83

参考文献83

第6章　高钒高速钢凝固结晶过程与组织研究84

6.1　高钒高速钢定向凝固过程研究84

6.1.1　典型成分高速钢的凝固过程分析84

6.1.2　（Fe-5Cr-2Mo-9V）-C准二元相图89

6.1.3　分析与讨论91

6.2　高钒高速钢中碳化钒的形态分布研究92

6.2.1　实验条件92

6.2.2　碳化物形态与分布93

6.2.3　分析与讨论95

6.3　高钒高速钢碳化钒类型及其超细结构98

6.3.1　钒的存在形式98

6.3.2　碳化钒的相结构分析98

6.3.3　碳化钒中的精细结构分析100

6.3.4　碳化钒的成分分析101

6.3.5　碳化钒的HREM分析102

6.4　碳化钒和基体界面104

6.4.1　碳化钒（VC）与基体界面相结构分析104

6.4.2　碳化钒和基体界面高分辨电镜分析105

6.4.3　碳化钒与基体界面的成分分析107

6.5　本章小结107

参考文献108

第7章　高钒高速钢磨粒磨损性能研究110

7.1　化学成分对组织性能的影响110

7.1.1　实验条件110

7.1.2　实验结果111

7.1.3　分析与讨论117

7.2　高钒高速钢的热处理工艺研究118

7.2.1　热处理对残余奥氏体含量的影响118

7.2.2　神经网络预测残余奥氏体量的研究121

7.2.3　硬度及冲击韧性126

7.3　热处理和组织对高钒高速钢磨损性能的影响127

7.3.1　淬火回火温度对耐磨性影响127

7.3.2 多次回火对高钒高速钢硬度及磨粒磨损性能的影响128

7.3.3　碳化钒含量对磨粒磨损性能的影响129

7.3.4　残余奥氏体对耐磨性能的影响130

7.4　高钒高速钢与高铬铸铁、高锰钢比较研究131

7.4.1　金相组织132

7.4.2　硬度、冲击韧性和磨粒磨损实验结果132

7.4.3　磨损机理探讨133

7.5　本章小结134

参考文献135

第8章　高钒高速钢滚动磨损性能研究136

8.1　冷轧轧辊摩擦磨损实验机研制136

8.1.1　轧辊摩擦磨损实验机现状136

8.1.2　方案设计138

8.1.3　轧制力学参数的确定139

8.1.4　仪器的选取141

8.1.5　实验机性能测试142

8.2　实验轧辊的受力分析146

8.2.1　实验条件146

8.2.2　等效应力计算148

8.2.3　剪应力计算149

8.3　高钒高速钢和高铬铸铁滚动磨损研究151

8.3.1　试样材料及试样151

8.3.2　滚动磨损实验结果152

8.3.3　滚动磨损机理讨论155

8.4　轧辊材质摩擦磨损性能测定装置的研制158

8.4.1　轧辊摩擦磨损性能测定装置的工作原理159

8.4.2　轧辊摩擦磨损性能测定装置的结构160

8.4.3　实验装置主要技术参数162

8.4.4　验证结果162

8.4.5　结论163

8.5　本章小结163

参考文献163

第9章　高钒高速钢冲击磨损性能与机理的研究165

9.1　碳含量对高钒高速钢冲击磨损性能的影响165

9.1.1　实验条件165

9.1.2　实验结果166

9.1.3　分析与讨论167

9.2　高钒高速钢冲击磨损性能与机理的研究169

9.2.1　高钒高速钢、高铬铸铁实验条件169

9.2.2　高钒高速钢、高铬铸铁冲击磨损实验结果171

9.2.3　分析与讨论172

9.3　本章小结176

参考文献176

第10章　关于高钒高速钢的磨粒磨损稳定性问题探讨177

10.1 残余奥氏体含量、硬度及冲击韧性与磨粒磨损性能之间的关系177

10.2　磨损稳定性及磨损稳定性因子的概念179

10.3　硬度对磨损稳定性的影响179

10.4　冲击韧性对稳定性的影响180

10.5　残余奥氏体量对磨损稳定性的影响181

10.6　讨论182

10.6.1　磨损稳定性的影响因素182

10.6.2　相对耐磨性与磨损稳定性的关系185

10.7　本章小结185

参考文献185

第11章　化学成分对高钒高速钢组织性能的影响186

11.1　碳对高钒高速钢碳化物种类的影响186

11.1.1　实验条件186

11.1.2　实验结果186

11.1.3　结论188

11.2　碳对高钒高速钢凝固过程的影响188

11.2.1　实验条件189

11.2.2　实验结果及分析190

11.2.3　高钒高速钢结晶过程分析与讨论192

11.2.4　结论194

11.3　碳含量对高钒高速钢滚动磨损性能的影响194

11.3.1　实验条件及方法194

11.3.2　实验结果与分析195

11.3.3　讨论199

11.3.4　结论200

11.4　碳含量对高钒高速钢冲击磨损性能的影响201

11.4.1　实验条件201

11.4.2　实验结果及分析204

11.4.3　讨论208

11.4.4　结论208

11.5　钒含量对高碳高钒高速钢组织与性能的影响208

11.5.1　实验条件及方法209

11.5.2　实验结果及分析209

11.5.3　结论213

11.6　碳钒含量对高钒高速钢组织和性能的影响213

11.6.1　实验材料和方法213

11.6.2　实验结果214

11.6.3　结论220

11.7　钾盐复合变质剂对高钒高速钢中碳化钒形态与分布的影响220

11.7.1　实验条件及方法221

11.7.2　实验结果221

11.7.3　分析讨论225

11.7.4　结论226

参考文献226

第12章 基体组织和残余奥氏体量对高钒高速钢耐磨性能的影响229

12.1　基体组织对高钒高速钢耐磨性能的影响229

12.1.1　实验条件229

12.1.2　实验结果230

12.1.3　讨论233

12.1.4　结论234

12.2　残余奥氏体量对高钒高速钢硬度、冲击韧性和耐磨性的影响234

12.2.1　实验材料和方法234

12.2.2　实验结果236

12.2.3　残余奥氏体量对硬度、冲击韧性与耐磨性能的影响238

12.2.4　结论239

参考文献240

第13章 热处理工艺及其力学性能对高钒高速钢耐磨损性能的影响241

13.1 热处理工艺对高钒高速钢组织与耐磨性能的影响241

13.1.1　实验条件241

13.1.2　实验结果及分析243

13.1.3　讨论248

13.1.4　结论249

13.2　热处理对高钒高速钢中残余奥氏体量的影响249

13.2.1　实验条件249

13.2.2　实验结果250

13.2.3　结论252

13.3　硬度及冲击韧性对高钒高速钢磨损稳定性的影响252

13.3.1　实验部分253

13.3.2　结果与分析254

13.3.3　结论259

参考文献259

第14章　高钒高速钢复合导轮、锤头和磨辊的研制261

14.1　高速线材轧机导轮的研制261

14.1.1　高速线材轧机导轮的工况条件261

14.1.2　导轮技术要求261

14.1.3　制造导轮使用的几种材料比较262

14.1.4　镍铬合金奥氏体型钢导轮的铸造263

14.1.5　导轮使用效果264

14.2　表面复合渗镀耐磨合金导轮的研制264

14.2.1　表面复合渗镀耐磨合金导轮的钢种成分设计264

14.2.2　导轮制造热处理工艺分析265

14.2.3　耐磨性实验和装机实验结果及分析268

14.2.4　结论268

14.3　双金属复合耐磨锤头铸造技术269

14.3.1　双金属复合锤头具有优良的性能269

14.3.2　镶铸复合锤头269

14.3.3　双液双金属复合铸造锤头270

14.3.4　实验结果272

14.3.5　复合锤头的装机使用情况273

14.4　高钒高速钢锤头的研制及使用273

14.4.1　材料273

14.4.2　冶炼、铸造工艺及热处理工艺276

14.4.3　工业实验277

14.4.4　结论277

14.5　高钒高速钢／碳钢双金属复合锤头铸造工艺的改进277

14.5.1　研制条件277

14.5.2　研制结果与分析279

14.5.3　结论281

14.6　高钒高速钢复合磨辊在辊式破碎机上的应用281

14.6.1　磨辊材料的选择281

14.6.2　复合磨辊的生产工艺要点282

14.6.3 高钒高耐磨合金复合磨辊的金相组织与机械性能284

14.6.4　磨辊的耐磨性285

14.6.5　结论287

参考文献287

第15章　高钒高速钢耐磨轧辊的研制288

15.1　国内外高钒高速钢优质复合轧辊研制的现状及进展288

15.1.1　研制优质轨辊的重要意义288

15.1.2　国外高钒高速钢优质复合轧辊研制的现状288

15.1.3　我国高速钢复合轧辊的研究及广阔生产前景289

15.2　高钒高速钢复合轧辊的制造方法290

15.2.1　铸造复合轧辊的方法及技术经济性能比较290

15.2.2　高钒高速钢复合轧辊的化学成分291

15.2.3　高钒高速钢的磨损机理292

15.2.4　合金元素对高钒高速钢耐磨性的影响292

15.2.5　结论293

15.3　高钒高速钢／35CrMo复合轧辊界面组织与性能研究293

15.3.1　实验方法293

15.3.2　实验结果及分析294

15.3.3　结论298

15.4 电磁复合铸造轧辊界面组织和性能研究298

15.4.1　实验方法299

15.4.2　实验结果及分析301

15.4.3　结论306

15.5　Fe-V-Cr-Mo合金轧辊显微组织及磨损性能研究306

15.5.1　高速钢轧辊化学成分的优化306

15.5.2　实验条件307

15.5.3　实验结果308

15.5.4　讨论310

15.5.5　结论311

15.6　高钒高速钢、高铬铸铁复合轧辊界面对比312

15.6.1　试样制备与实验方法312

15.6.2　实验结果与分析313

15.6.3　结论316

15.7　高钒高速钢冷轧辊磨损性能与机理研究316

15.7.1　实验条件及方法316

15.7.2　实验结果与分析317

15.7.3　讨论324

15.7.4　结论325

15.8　滚滑动条件下高钒高速钢轧辊摩擦磨损性能研究325

15.8.1　实验条件325

15.8.2　结论331

参考文献331

附录　金属钒的应用与钒合金的发展334

1　金属钒的基本知识与用途334

1.1　金属钒的基本知识334

1.2　金属钒的发现334

1.3　五光十色的钒化合物335

1.4　钒是人体必需的微量元素336

2　世界钒资源的分布与生产337

3　钒钢的发展338

4　中国钒钢生产能力大增338

5　钒在钢及合金中的应用339

5.1　钒在钢中应用339

5.2　钒在金属合金中应用340

6　钒在化工、玻璃、制药等行业中的应用341

6.1　钒在化工工业中的应用341

6.2　钒在玻璃工业中的应用341

6.3　钒在制药工业中的应用342

6.4　钒在电子工业中的应用342

6.5　钒可用于制造绿色环保电池342

7　钒在国防工业中的应用344

7.1　钒用于制造航空航天飞机上的光学转换涂层344

7.2　钒用于核聚变反应堆344

参考文献345