材料磨损直接关系到机器设备运转的稳定性、使用寿命和能量利用率,造成巨大的经济损失和自然资源的浪费。如何提高材料的耐磨性,延长材料的使用寿命并以此来缓解材料和能源日益紧缺的现状已成一种趋势。高铬白口铸铁作为一种优良的抗磨材质,已经在世界上各国得到了较为广泛的应用。高铬铸铁优良抗磨性能的关键在于其碳化物和基体组织的成分类型及分布特点。本文依据钒可以改善高铬铸铁碳化物的类型、改善碳化物的组织结构,从而使高铬铸铁的抗磨性能和韧性得到提升。设想并制定了此实验。(1)根据不同元素对高铬铸铁组织和性能的影响,设计不同的化学元素组合,以硬度和冲击韧性作为实验指标,利用正交实验法对高铬铸铁的含碳量及含钒量进行优化。(2)通过金相组织实验,维氏硬度、洛氏硬度及冲击韧度实验进行综合分析比对,根据对高铬铸铁合金元素对力学性能影响的实验研究及其分析结果,利用工程效应和工程平均的概念,以硬度大于55 HRC、冲击韧性大于6.0 J/cm2为目标,进行优化设计。(3)对不同成分的含钒高铬铸铁进行X衍射和磨损量实验分析,进一步研究钒对高铬铸铁组织和性能的影响机理。由实验结果可以看出,在相同的含碳量下,随着含钒量增加,材料的宏观硬度、微观硬度、冲击韧性值和耐磨性能都有明显的提高。当钒含量为3%时,细化效果最为明显。成分为3%C、20%Cr和3%V试样的硬度为56.9 HRC,韧性为9.3 J/cm2,磨损性能最好。