【概述】
中国材料与试验团体(Chinese Standards for Testing and Materials) （简称 CSTM）标准委员会在2019年11月7日发布了团体标准T/CSTM 00172-2019《陶瓷颗粒增强铁基复合铸件》，并于2020年2月7日正式实施。本文是针对标准内容进行解读。
【标准制定背景】
耐磨铁基构件如板锤、锤头、磨辊、磨球及磨盘等，广泛应用于矿山、机械、煤炭、化工、水泥、港口等行业中的关键设备上，其主要作用是提高研磨破碎效率。以矿山行业锤头为例，通常使用寿命不足一个月，国内年消耗量达15万吨；而水泥等行业年所需铸铁磨辊更是超过25万吨。传统耐磨损铸铁构件一般采用普通铸铁、高铬铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等，但是目前这类传统耐磨钢铁材料大多存在一个共性问题，即耐磨性与强韧性相互制约，造成其在实际工况下使用寿命短，难以满足生产需求，且频繁停机维修耗时耗力，增加生产成本。因此，亟待开发新型耐磨铸件。
颗粒增强铁基复合铸件是一种由新型复合材料制备而成的耐磨铸件。充分发挥了陶瓷增强体的高耐磨性和铸铁基体的强韧性，解决了传统单一金属材料耐磨性和强韧性难以共同匹配的问题，成为了当下研究及产业化的重点突破材料之一。也是未来重大前沿技术发展趋势，是高端装备开发的核心基础零部件。
标准起草单位从事复合材料开发及复合铸件的产业化研究已有多年，能够制备具有服役性能稳定的各类陶瓷颗粒增强耐磨铁基复合铸件，相关成果经中国有色金属工业协会评价已达到国际领先水平，并实现了产业化生产。不同规格的相关铸件已被投入到矿山、冶金、水泥、电力等行业的耐磨件市场中应用，且逐渐推广覆盖到省内及安徽、甘肃、广西、贵州、云南等各省份，并实现了产品的批量出口。随着技术的不断进步、产品的不断推出，将会有更多的成熟复合铸件进入市场，但目前尚缺乏具有针对性且有效的陶瓷颗粒增强铁基复合铸件国家标准、行业标准。因此亟需行之有效的标准进行相应的规范。
【目的和意义】
本团体标准的制定实施，填补了国内在专门针对陶瓷颗粒增强铁基复合铸件标准上的空白，对提升市面上陶瓷颗粒增强铁基复合铸件的质量，规范高质量铸件的生产、检测方法，强化经营者的自律意识，营造有序、公平的市场环境，提高行业经济效益等具有十分重要的意义。相关团体标准的编制并实施有利于规范陶瓷颗粒增强耐磨复合铸件行业，促进耐磨材料行业的健康快速发展。
【标准介绍】
本团体标准为陶瓷颗粒增强铁基复合铸件通用规范，适用于矿山、冶金、水泥、电力、化工、机械和建材等行业生产过程中研磨、破碎等涉及到的陶瓷颗粒增强铁基复合铸件，对铸件生产进行了规范，对复合铸件的开发提供了指导。
本标准主要内容规定了陶瓷颗粒增强铁基复合铸件的术语和定义、分类和代号、牌号、技术要求、检验方法、检验规则及标志、包装、贮存和运输等要求。其核心内容包括陶瓷增强体和铸铁基体的化学成分、硬度、陶瓷增强体的结构设计、物理性能及铁基复合铸件的结构设计、制备、热处理、界面金相组织、冲击吸收功、表面及内部质量、尺寸和重量偏差等。
【标准特点】
陶瓷颗粒增强铁基复合铸件，是一种由新型复合材料制备而成的耐磨铸件，可以充分发挥陶瓷增强体的高耐磨性和铸铁基体的强韧性，解决传统单一金属材料耐磨性和韧性难以共同匹配的问题，成为当下研究及产业化的重点突破先进材料之一。也是未来重大前沿技术发展趋势，是高端装备开发的核心基础零部件。
目前，复合材料相关的标准多偏向于聚合物基复合材料或铝基复合材料，与颗粒增强铁基复合铸件相关的标准较少，其中仅耐磨损复合材料铸件(GB/T 26652-2011)是与铁基复合材料最为接近的标准，但是由于其范围较广，对于具体的复合铸件细节规范性不强，故尚难以用于陶瓷颗粒增强铁基复合铸件的生产、检验等。规范化标准的缺乏导致陶瓷颗粒增强铁基复合铸件性能应用指标参差不齐，在工业化规模应用时存在较大问题。
本标准的制定和应用规范了陶瓷颗粒增强铁基复合铸件的术语和定义、分类和代号、牌号、技术要求、检验方法、检验规则及标志、包装、贮存和运输等要求。重点对陶瓷增强体和铸铁基体的化学成分、硬度、陶瓷增强体的结构设计、物理性能及钢基复合铸件的结构设计、制备、热处理、界面金相组织、冲击吸收功、表面及内部质量、尺寸和重量偏差等进行规范。从增强体的生产、增强体在铸件中的位置选择到基体材料的浇注成型、基体材料与增强体的界面质量控制及后续热处理技术等全流程进行了规范，对铸件生产进行了规范，为复合铸件的开发提供了指导。
标准起草单位从事复合材料开发及复合铸件的产业化研究已有多年，能够制备具有服役性能稳定的各类陶瓷颗粒增强耐磨铁基复合铸件，相关成果经中国有色金属工业协会评价已达到国际领先水平，并实现了产业化生产，相关陶瓷颗粒增强铁基复合材料技术于2018年获得广东省科技进步一等奖。
本标准涉及必要专利“陶瓷颗粒局部定位增强耐磨复合材料的制造方法”（专利号： ZL 201110183449.2）已在相关企业专利许可使用，该专利在2016年获得广东省专利金奖。
标准起草单位按照本标准执行生产的部分陶瓷颗粒增强铁基复合铸件，如：复合磨辊、复合板锤、复合锤头和复合圆锥等四种复合材料产品在2019年经广东省高新技术企业协会评定，获得“高新技术产品”称号。
本标准涉及的陶瓷颗粒增强铁基复合铸件，解决了陶瓷颗粒增强耐磨复合材料制备过程中陶瓷颗粒位置不可控，复合界面结合强度差，从而导致复合材料应用过程时陶瓷颗粒容易脱落，影响耐磨性及服役寿命等问题，提出一种陶瓷颗粒局部定位增强耐磨复合材料制备方法，通过首创多孔陶瓷颗粒预制体结构，配合预制体精准定位技术和预制体预处理工艺，实现陶瓷颗粒在耐磨复合材料中的精准定位，陶瓷颗粒与金属基体结合强度好，复合材料耐磨性高，服役寿命为现有耐磨复合材料的1.5-4倍，是耐磨材料行业的先进技术及标准。
【标准应用】
目前国内外广泛应用的耐磨材料包括高锰钢、高铬铸铁、合金钢、球墨铸铁等传统材料，但这些传统材料存在磨损速度快，消耗量大以及安全性差等问题，已逐渐无法满足用户生产需求，复合材料开发思路在钢铁耐磨行业中得到了重要发展。
据统计，我国耐磨材料年需求量1000万吨以上，其中600万吨在使用过程中被磨损消耗，而使用本标准规范的陶瓷颗粒增强铁基复合材料技术制备的耐磨构件其金属基体磨损后，陶瓷颗粒突出对金属基体起保护作用，能够有效提升耐磨材料的耐磨性能，使耐磨构件的服役寿命提升1.5-4倍。每年能节省钢铁、稀有金属等金属原料超过200万吨，缓解当前全球金属原料消耗迅速的问题。同时减少200万吨钢铁的冶炼，可有效减少能源的消耗，对实现“碳达峰•碳中和”目标具有重要意义。
国外以比利时Magotteaux公司为代表的相关企业实现了颗粒增强钢基复合铸件产品的工业化应用，在国内已有100多家用户，形成了垄断态势，对国内耐磨材料产业形成了较大的冲击，影响较大。国内对耐磨复合铸件的研制也逐渐重视，各大高校及研究所在颗粒增强铁基复合材料的技术开发上已积累了大量经验，在科学研究及实验室生产上已取得了一定进展。但就目前来说，真正实现相关陶瓷颗粒增强铁基复合铸件产品稳定应用的较少，这主要与这种铸件生产过程中技术复杂有关。
本标准的实施从增强体的生产、增强体在铸件中的位置选择到基体材料的浇注成型、基体材料与增强体的界面质量控制及后续热处理技术等全流程进行了规范，对复合铸件的开发与生产提供了指导，促进耐磨材料行业的健康快速发展，应用前景广泛。
同时，通过广东省科学院新材料研究所相关陶瓷颗粒增强铁基复合材料相关专利技术以普通许可方式许可给河北坤腾实业集团有限公司、广州有色金属研究院新丰耐磨合金材料有限公司、广东越科新材料有限公司、安徽昱工耐磨材料科技有限公司、佛山市顺德区中天创展球铁有限公司、江西铜业集团（德兴）铸造有限公司、江西联峰熔模铸造有限公司、天津市立鑫晟精细铸造有限公司、桂林鸿程机电设备有限公司、枣阳秦鸿新材料有限公司10家企业进行产业化实施，为10家共计带来超过100亿元的经济效益，为技术所有方广东省新材料研究所带来530万元的许可收益，推动了本团体标准在相关企业的实施，起到了示范引领效应，规范陶瓷颗粒增强复合铸件行业，促进耐磨材料行业的健康快速发展。
【标准制定单位构成】
本标准由广东省科学院新材料研究所（原为：广东省科学院材料与加工研究所）、西安交通大学、广东越科新材料有限公司、河南科技大学、暨南大学、梅州市粤科新材料与绿色制造研究院共同起草，包含国内在耐磨材料行业具有重大影响力的科研机构、高校以及专门从事陶瓷颗粒增强铁基复合铸件的生产企业。形成了从研发到生产应用的全链条衔接，标准起草单位构成结构合理，标准内容实施有效。