高锰钢加工硬化机理研究
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高锰钢的加工硬化
浅谈高锰钢的加工硬化
加工硬化是高锰钢的重要特征。
铸态高锰钢经水韧处理后形成单一的奥氏体组织，该组织硬度仅为170~230HB。
但是经过形变后奥氏体高锰钢的形变层内表现出的加工硬化现象，变形层的硬度可以达到500~800HB。
铸件的硬化层与冲击载荷的大小和形态、组织状态、化学成分、塑性性能、强度性能、形变速度等因素有关。
硬化层具有很高的硬度和良好的韧性，这种性能使硬化层具有高的抗冲击疲劳性能和高的抗磨料削损和形变磨损。
在表层硬化层被磨耗的同时外部冲击载荷又使硬化层连续不断地向钢的内部发展。
当高锰钢组分和外部载荷条件确定后，钢表面硬化层的硬度变化规律就确定，且这个规律不受表层磨损的影响而一直延续下去。
高锰钢在外载荷作用下产生的这种形变强化，通常称之为加工硬化。
该加工硬化最大的特点是在强冲击磨料磨损条件下，钢的表面通过形变强化具有很高的耐磨性。
实践中，越靠近表层，硬度分布急剧升高；越靠近基体内部，硬度分布趋于平缓。
硬化层下面仍是软韧的奥氏体组织。
这种硬度分布反映了钢表层的塑性变形程度，钢表层塑性变形量的分布与硬度分布有近似的规律，形变程度越高，硬度越高。
钢的表面这种塑性形变能够较好地吸收外部冲击载荷产生的冲击功。
从高锰钢加工硬化后的显微组织看，硬化层最外层的显微组织发生了很大变化，晶粒成为扁平状，滑移线数量很多，且不同的晶粒滑移线有不同的方向，从表层向内部发展，随变形程度的降低，晶粒变形程度减小，滑移线也减小。
高锰钢形变过程中加工硬化机理的研究
第４ ３ 卷 第 １ ２ 期 ２ ０ １ ６年 １ ２月
湖
南
大
学
学
报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖｏ１ ．４ ３， Ｎｏ ．１ ２
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ６
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
高锰钢属于fcc结构晶体中的滑移系较多在变形初期晶粒内部的滑移系大量启动位错则通过滑移累积重排湮灭等方式在基体中形成大量平直的位错墙和位错胞2随着变形的增大位错不断增殖位错单个或多个连续分布或塞积于晶界处大量塞积的位错群引起应力集中当局部的切应力达到孪晶生成的临界切应力时高锰钢开始以孪生的形式进行塑性变形
ｔ ｈｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕｔ ｉ ｏｎ ａ ｎ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｈａ ｒ ｄ ｅ ｎ ｉ ｎｇ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ＺＧＭ ｎｌ ３ Ｃｒ ２ Ｈａ ｄ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂｙ ｏ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏｐ ｅ，ｖ ｉ ｃ ｋｅ ｒ ｓ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｈａ ｒ ｄ ｎｅ ｓ ｓ ｍａ ｃ ｈｉ ｎ ｅ， ｔ ｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐｙ ａ ｎｄ Ｘ－ ｒ ａ ｙ ｄ ｉ ｆ — ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ｔｈｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ａ ｌ ａ ｒ ｇｅ ｎ ｕｍｂｅ ｒ ｏｆ ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂａ ｎｄ ｓ ａ ｐ ｐｅ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ— ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｈｉ ｇ ｈ ｍａ ｎｇ ａ ｎｅ ｓ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ．Ｔｈｅ ｄ ｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｂａ ｎｄｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ，ｔ ａ ｎ ｇｌ ｅ ｄ ａ ｎｄ ｉ ｓ ｏｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｈ ｏ ｔ ｈｅ ｒ
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报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖｏ１ ．４ ３， Ｎｏ ．１ ２
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ６
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
高锰钢属于fcc结构晶体中的滑移系较多在变形初期晶粒内部的滑移系大量启动位错则通过滑移累积重排湮灭等方式在基体中形成大量平直的位错墙和位错胞2随着变形的增大位错不断增殖位错单个或多个连续分布或塞积于晶界处大量塞积的位错群引起应力集中当局部的切应力达到孪晶生成的临界切应力时高锰钢开始以孪生的形式进行塑性变形
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高锰钢的切削加工性讲解
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刃倾角
• 为了保持刀尖部分的强度，切削高锰钢时 一般应选择负刃倾角。
• 选用硬质合金刀具时，λs =-5°～0°。
• 选用陶瓷刀具时，λs =-10°～-5°。
刀尖圆弧半径
• 切削高锰钢时,不论采用何种刀具材料,刀尖 部分都应修磨出较大的圆弧半径,以加强刀 尖强度,提高刀具耐用度.一般粗车时rε=1～ 2 mm;半精车时 rε=0.5～1 mm;精车时 rε=0.2～0.5mm。工艺系统刚性好时取大 值,反之取小值 。
前后角
主副偏角
刃倾角
前角与后角
1. 切削高锰钢时,为了减轻加工硬化,要求刀具保持 锋利.但一般不可以采用大前角,因为前角大不利 于保证刃口强度和改善散热条件.常采用较小前 角或负前角及较大后角,但后角太大也会削弱刃 口强度引起崩刃。 2. 采用硬质合金刀具时，γ0=-3°～3°， α0=8°～12°；采用陶瓷刀具时，γ0=-5°～10°,α0=5°～10°。粗车时取小值,精车时取 大值。
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铣削ZGMn13的刀具磨损曲线
结束
水韧处理：
所谓水韧处理,就是把钢加热到1000℃～ 1100℃,保温一段时间,使钢中的碳化物全部 溶入奥氏体中,然后迅速冷却,使碳化物来不 及从奥氏体中析出,从而保持了单一的均匀 的奥氏体组织.
铁碳合金相图
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高锰钢在切削过程中，由于塑性变形大， 奥氏体组织转变为细晶粒的马氏体组织， 从而产生严重的硬化现象。加工前硬度一 般为HBS200～220，加工后表面硬度可达 HBW450～550，硬化层深度0.1～0.3 mm， 其硬化程度和深度要比45号钢高几倍。严 重的加工硬化使切削力增大，加剧了刀具 磨损，也容易造成刀具崩刃而损坏。
4. 高锰钢在切削过程中,由于塑性变形和切 削力的影响,切削层及表层下一定深度范围 内会产生严重的加工硬化现象。为了使刀 尖避开毛坯表层和前一次走刀造成的硬化 层,应选择较大的切削深度和进给量。 5. 一般粗车时αp =3～6 mm，f=0.3～0.8 mm/r；大件粗车时可取αp =6～10 mm; 半精车时αp =1～3 mm；f=0.2～0.4 mm/r；精车时口αp ≤1 mm；f≤0.2mm/r。
关于高锰钢性能的研究
ｗｅａｒ ｐｉｅｃｅｓ．
Ａｇａｉｎｓｔ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ １１１ｉｌｌ ｌｉｎｅｒ ｓｈｏｒｔ ｃｙｃｌｅ，ｏｆｔｅｎ ｂｒｏｋｅｎ， ｓｕｃｈ ａｓ ｐｉｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｉ ｕｓｅｄ ｔｏ Ｍｉｎｎｉｅ ｒｅ－ｈｉｇｈ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｓｔｅｅｌ
高锰钢适宜的工况是加工硬化值大于ＨＲＣ５４的高应力（或高冲击 功）下的磨料磨损。在加工硬化值小于ＨＲｃ４５、高锰钢没有其他优化措 施的情况下应选低合金钢作为易磨损件。
针对我公司磨机衬板使用周期短，经常出现断裂、缩孔等铸造问题， 用铌对高锰钢进行再合金化，可以提高其耐磨性，在熔炼后采用吹氮气 的办法，细化组织、改善铸造质量。
ｅ马氏体出现“…。冲击载荷作用小时。其加工硬化速度快，可迅速形 成高硬度的稳定的硬化层，抗冲击磨料磨损的能力大幅度提高。美国 Ｃｌｉｍａｘ公司研制的奥氏体中锰钢，开辟了一条发挥奥氏体锰钢潜力的 新途径。
２
（Ｃ）既提高Ｍｎ含量，又提高ｃ的含量 超高锰钢是在普通高锰钢成分的基础上通过提高碳锰含量发展而 来的。它既具有高的加工硬化速率，又保持了高韧性的奥氏体组织，在
ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ，ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｂｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ．
Ａｕｓｔｅｎｉｔｉｅ ａｎｄ ｉｔ ｄｉｆｆｕｓｅｓ ｔｈｅ ｇｌｏｂｕｌａｒ ｃａｒｂｉｄｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ， ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｈｏｅ ｏｆ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｎｄ
作者签名：
年——月——日
长春理工大学学位论文版权使用授权书
本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士学位论文 版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交 学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。
Ａｇａｉｎｓｔ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ １１１ｉｌｌ ｌｉｎｅｒ ｓｈｏｒｔ ｃｙｃｌｅ，ｏｆｔｅｎ ｂｒｏｋｅｎ， ｓｕｃｈ ａｓ ｐｉｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｉ ｕｓｅｄ ｔｏ Ｍｉｎｎｉｅ ｒｅ－ｈｉｇｈ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｓｔｅｅｌ
高锰钢适宜的工况是加工硬化值大于ＨＲＣ５４的高应力（或高冲击 功）下的磨料磨损。在加工硬化值小于ＨＲｃ４５、高锰钢没有其他优化措 施的情况下应选低合金钢作为易磨损件。
针对我公司磨机衬板使用周期短，经常出现断裂、缩孔等铸造问题， 用铌对高锰钢进行再合金化，可以提高其耐磨性，在熔炼后采用吹氮气 的办法，细化组织、改善铸造质量。
ｅ马氏体出现“…。冲击载荷作用小时。其加工硬化速度快，可迅速形 成高硬度的稳定的硬化层，抗冲击磨料磨损的能力大幅度提高。美国 Ｃｌｉｍａｘ公司研制的奥氏体中锰钢，开辟了一条发挥奥氏体锰钢潜力的 新途径。
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（Ｃ）既提高Ｍｎ含量，又提高ｃ的含量 超高锰钢是在普通高锰钢成分的基础上通过提高碳锰含量发展而 来的。它既具有高的加工硬化速率，又保持了高韧性的奥氏体组织，在
ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ，ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｂｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ．
Ａｕｓｔｅｎｉｔｉｅ ａｎｄ ｉｔ ｄｉｆｆｕｓｅｓ ｔｈｅ ｇｌｏｂｕｌａｒ ｃａｒｂｉｄｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ， ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｈｏｅ ｏｆ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｎｄ
作者签名：
年——月——日
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探讨改性高锰钢组织及性能研究
探讨改性高锰钢组织及性能研究1 前言高锰钢具有较高的耐磨性能和冲击韧性，因而被广泛应用于球磨机衬板等易损件。
高锰钢作为耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其优异的耐磨性是其他材料所无法比拟的。
高锰钢在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，并有高密度位错和形变孪晶相继生成，从而产生高耐磨的表面层，而此时内层奥氏体仍保持着良好的韧性。
然而，随着现代工业的发展，普通高锰钢已经不能适应某些特殊工况条件的要求，需要进一步提高机械性能和耐磨性能，延长耐磨件的使用寿命。
试验表明，用合金化高锰钢制作的破碎机板锤、锤头、衬板和颚板等耐磨产品的使用寿命和抗磨损能力较普通高锰钢产品有很大的提高。
本文通过加入合金元素对奥氏体高锰钢进行合金化，研究了合金化高锰钢的显微组织、力学性能和耐磨性。
2 实验方法2.1 试样的制备熔炼采用500kg中频感应电炉，原料是废钢、生铁、高碳锰铁、铬铁、硅铁、钼铁、钛铁，用碳粉和硅钙粉作为还原剂，用铝终脱氧。
按照合金成分严格配料，以保证钢液质量，造型工艺为砂型铸造，浇注成标准铸钢楔形试块，高锰钢浇注温度不低于1500℃，改性高锰钢浇注温度1480-1500℃。
表1是传统高锰钢ZGMn13和改性高锰钢ZGMn13Cr2的化学成分。
采用线切割在试块下部截取金相试样、标准拉伸试样、冲击试样及耐磨损试样。
表1 试验材料化学成分/%2.2 热处理工艺及性能检测试样的热处理工艺参数为：采用80～100℃/h的速率将试样加热至600℃保温6h，再加热升温到1080～1100℃保温4h，水淬。
拉伸性能测试采用INSTRON 5587 300kN电子材料试验机，冲击韧度测试采用JB-300B型试验机，用电动洛氏HRD-150硬度计测试材料的硬度，硬度值取7点的平均值，用JSM-5610LV型扫描电子显微镜（SEM）观察试样的显微组织和冲击断口形貌。
静载磨损试验采用ML-100型销盘式磨料磨损试验机，试验磨程20.7 m、磨料180目砂纸、载荷6 N。
辙叉用高锰钢的循环变形与硬化-燕山大学学报
尽管人们对传统高锰钢和新近研发的新型高锰钢材料在单向拉伸或压缩载荷下的变形行为加工硬化规律以及变形机制进行了大量研究36但是关于hadfield高锰钢在反复变动载荷下的循环变形行为尚不清本文通过应变控制的低周疲劳试验研究hadfield高锰钢辙叉材料在循环加载条件下的应力响应循环变形行为及硬化特征
第 卷第 期 年月
关键词：辙叉；Hadfield 高锰钢；低周疲劳；应力应变曲线；循环硬化
中图分类号：TG333.17 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-791X.2012.06.007
引言
本文通过应变控制的低周疲劳试验，研究 高锰钢辙叉材料在循环加载条件下的应力响
自 多年前
发明高锰钢以来，由 应、循环变形行为及硬化特征。
于该钢具有优异的强度、塑性和韧性，因此至今仍 广泛应用于矿山、建材、铁路等机械设备中。在实
试验材料与方法
际服役过程中，这些高锰钢部件往往承受反复、变 动的载荷，这种反复、变动的载荷除了引起摩擦磨 损外，还常常引起构件的疲劳破坏，这种疲劳破坏 是构件过早失效的主要原因之一 。例如，高锰钢 辙叉在车轮载荷的反复滚压下，经常出现严重的循 环塑性变形及由此引起的滚动接触疲劳失效等 。 对服役高锰钢辙叉解剖、分析后发现，在辙叉下方 距表面不同深度处，辙叉材料呈现出不同程度的塑 性变形特征；其硬度值从表面到内部呈梯度分布， 表现为不同程度的加工硬化 。辙叉内部材料的 这种不同程度的变形与加工硬化，显然不是因为车 轮的单向、一次性加载所引起，而是由于车轮反复 滚压使辙叉材料产生循环变形所致。尽管人们对传 统高锰钢和新近研发的新型高锰钢材料在单向拉 伸或压缩载荷下的变形行为、加工硬化规律以及变
Key words: crossing; Hadfield high manganese steel; low cycle fatigue; stress strain curve; cyclic hardening
第 卷第 期 年月
关键词：辙叉；Hadfield 高锰钢；低周疲劳；应力应变曲线；循环硬化
中图分类号：TG333.17 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-791X.2012.06.007
引言
本文通过应变控制的低周疲劳试验，研究 高锰钢辙叉材料在循环加载条件下的应力响
自 多年前
发明高锰钢以来，由 应、循环变形行为及硬化特征。
于该钢具有优异的强度、塑性和韧性，因此至今仍 广泛应用于矿山、建材、铁路等机械设备中。在实
试验材料与方法
际服役过程中，这些高锰钢部件往往承受反复、变 动的载荷，这种反复、变动的载荷除了引起摩擦磨 损外，还常常引起构件的疲劳破坏，这种疲劳破坏 是构件过早失效的主要原因之一 。例如，高锰钢 辙叉在车轮载荷的反复滚压下，经常出现严重的循 环塑性变形及由此引起的滚动接触疲劳失效等 。 对服役高锰钢辙叉解剖、分析后发现，在辙叉下方 距表面不同深度处，辙叉材料呈现出不同程度的塑 性变形特征；其硬度值从表面到内部呈梯度分布， 表现为不同程度的加工硬化 。辙叉内部材料的 这种不同程度的变形与加工硬化，显然不是因为车 轮的单向、一次性加载所引起，而是由于车轮反复 滚压使辙叉材料产生循环变形所致。尽管人们对传 统高锰钢和新近研发的新型高锰钢材料在单向拉 伸或压缩载荷下的变形行为、加工硬化规律以及变
Key words: crossing; Hadfield high manganese steel; low cycle fatigue; stress strain curve; cyclic hardening
高锰钢加工硬化机理研究(1)
时效两种形式交替进行的，而应变时效是 碳原子在位错周围扩散的结果，因此保证
# 原子在位错应力场中的微扩散是必要。 +26
综合作用硬化假说 综合作用硬化假说认为是由于几种机 理综合作用引起形变高锰钢的加工硬化， 而 不 是 由 单 独 一 种 机 理 引 起 的 。 文 献 ’7, 研 究了高锰钢爆破处理后出现硬化现象， 是 由于冷作硬化、 晶粒细化、 位错、 堆垛层错 和孪晶的综合作用引起高锰钢加工硬化。 文 献 ’8, 通 过 9$ 射 线 衍 射 、 透射电镜等多种 方法研究后认为高锰钢加工硬化机理包 含： （ 高位错密度区强化； （ 动态应变时 )） +） 效强化； （ 形变孪晶界强化。认为这几种 4） 机制都起作用，但是不同条件下有一种或 几 种 起 主 要 作 用 。 文 献 ’)3, 研 究 了 不 同 锰 、 碳含量的高锰钢加工硬化机理后，提出高 锰钢加工硬化是由于高锰钢形变时有大量 形变孪晶的出现， 孪晶间距减小， 孪晶带变 薄，并有一定数量的交叉孪晶综合作用的 结果。 还有很多根据不同的实验提出别的几 种不同的机理同时对高锰钢加工硬化起作 用的观点，这些观点有一个共同点那就是 认为是几种机制同时起作用引起了高锰钢 的加工硬化现象。
段， 即： （ 易滑移阶段， 滑移只在一个滑移系 $） 内发生，在平行的滑移系面上移动的位错 很少受到其他的位错干扰，故可移动相当 长的距离并可能到达晶体表面，这样位错 源就能增殖出新位错。 （ 第二阶段随着变形量加大， 滑移在 !） 多个晶面族和滑移系内发生，此时硬化机 制有三种： （ 位错交割产生割阶>固定位 0） 错使位错运动困难； （ 位错交割和再交割 -） 成位错缠结或三维网络，位错在某一滑移 面运动时会以不同的角度穿过此滑移面并 与其他的位错形成林位错，此时由于位错 间的弹性相互作用使位错运动受阻； （ 位 ?） 错相互作用形成胞状结构或亚晶粒互相锁 住， 同时胞壁成为位错运动的障碍。 继续变 形所需增加的应力与位错的平均自由程 # 有关， 即与 # 呈反比关系：
高锰钢的研究与应用进展
·８６·
材料开发与应用
２００８年８月
（Ｃ）＝１．Ｏ％一１．２０％，ｔ￡，（Ｃｒ）＝２．Ｏ％一２．５％， ２
高锰钢成分设计新进展
近年来，有许多学者在高锰钢化学成分设计
训（Ｓｉ）＝Ｏ．８％。Ｃｒ的加入不仅可以形成碳化
物，还降低了奥氏体的稳定性。钢形变时有马氏 体出现，加工硬化速度快。可迅速形成高硬度的
稳定的硬化层。 第三，加入Ｍｏ、Ｎｉ等元素‘３Ｊ６．１７】，提高奥氏 方面做了大量工作，以寻求进一步提高高锰钢加 工硬化能力，扩大高锰钢的应用范围。对于耐磨
高锰钢这些改进主要包括以下几个方面。 第一，降低Ｃ、Ｍｎ含量并合金化，如奥氏体
中锰钢¨ＪＪｌ。美国Ｃｌｉｍａ）【公司研制的奥氏体中 锰钢，其化学成分为：埘（Ｃ）＝１．００％一１．８０％，ｔｃ， （Ｍｎ）＝６．Ｏ％～８．０％，ｔ‘『（Ｓｉ）＝Ｏ．３０％一 １．００％，似（Ｓ）＜０．０５％，埘（Ｐ）Ｓ＜Ｏ．０５％。该钢 经水韧处理后得到不稳定的奥氏体组织，在压缩 或冲击磨损条件下塑性变形诱发产生大量形变 诱发马氏体，从而迅速硬化。由于形变诱发马氏
的研制。例如，汽车用钢的主要欧洲供应商Ａｒ－
ｃｅｌｏｒ公司和ｎｙｓｓｅｎ
Ｋ１１ｌｐｐ
Ｓｔａｈｌ（Ｔｌ（ｓ）公司的研
发部门从２００５年开始共同研制了一系列的高锰
名为孪生诱发塑性（州ｎＩｌｉｎｇ
ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌ晒ｔｉｃｉｔｙ，
’阿ＩＰ钢哺Ｊ，其典型成分为：Ｆｅ一２３Ｍｎ—Ｏ．６Ｃ．抗
第２３卷第４期
体的强化效果远高于高锰钢的层错孪晶强化，故 而中锰钢的耐磨性远高于高锰钢的。
第二，加入一种或几种碳化物形成元 素［１·１６’１ ８１，如Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ等，以提高钢的屈服 强度。一种亚稳奥氏体锰钢的开发就是在Ｍｎｌ３ 的基础上，适当降低碳锰含量，并加入一定含量
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文章编号： （(""#） !""#$"%&’ "!$""(’$"’
高锰钢加工硬化机理研究
王建华，任立军 （中南大学 机电学院，湖南 长沙 ’!"")#）
摘 要：介绍了关于高锰钢加工硬化机理的几个假说： 形变马氏体硬化假说、 孪晶硬化假说、 高位错密度硬化假说、 动态应变时效硬化假说、 综合作用硬化假说、 *+ , -. , / 原子团硬化假说。 穆斯堡尔谱实验、 电子探针等方法进行研究分析后认为， 上述 通过对高锰钢进行 01-、 21-、 1345、 几种机理在不同的条件下都对高锰钢加工硬化起不同程度的作用， 同时也发现， 随高锰钢中的 -.、 高锰钢表现出更好的加工硬化能力， 我们同意是由于对高锰钢加工硬化起主要作用是 / 含量增加， 原子团而引起的。 *+ , -. , / 关键词：高锰钢；加工硬化；机制 中图号： 267 文献标识码：4 ! 引言 高锰钢是在强冲击工况下具有高强度、 高塑性、 韧性好、 特别耐磨的一种材料。从理论上解释高锰 钢加工硬化现象还存在不少的疑点， 至今还没有一 种很完美、 能得到各方面接受的理论来很好地解释 高锰钢的加工硬化现象。下面将就这个问题做一些 简单的研究和探讨。 " 形变诱发马氏体相变硬化假说 形变诱发马氏体相变硬化假说认为奥氏体高锰 钢加工硬化的原因是由于高锰钢形变诱发高锰钢中 的奥氏体转变成马氏体
［&， !"］ 点 。文献 ［#］ 在研究高锰钢中奥氏体的稳定性
与形变能力时提出奥氏体高锰钢由于层错能低， 在 形变过程中容易形成层错， 在层错处会出现! 马氏 体或形成形变孪晶，但是并不容易出现" 马氏体，
!CCC V ［!" ］ XMNJRJ -<X4:1， 2JR+YGRH <@4?4， XHUYGRGFH @<08<:4\4， <RMNJKH @>B<， 2+NUMJRG :42> 4 0NMLF H. *DHI IGNYG. NY+ *DHI ]JUUJS+ HW J. ［ B］ 4[GJD *DHI *J. 1^MGOO+L IGNY 4GK$U+OJKJNHK V ?MDD+NG. HW B0-1， =HD V (&， @HV (7C， >QNHE+K !&)C， OO##&’ , #’"! V ［!!］ X -GFJR+， 2V <.JEJ， 2V :JNH <TOKHP+T+.N HW Z.UNJED+ /YJKJQN+KGUNGQU HW ［ B］ J. 4[GJD *DHI *J. EF 4GK$U+OJKJNHK 1^MGOT+.N A 2KJ.U HW 40-1， BHMK$ .JD HW *DMGLU 1.SG.++KG.S， =HD V !"&， -JK， !&)%， OO#% , ’"A 作者简介：王晓东 （!&%’ , ） ， 江苏徐州人， 在读硕士研究生， 主 要从事流体机械理论及应用方面研究 A 2+D： "7!C , #))77!!， 1$TJGD： [$ L$IQMTN_ UG.JV QHTV
错缠结或三维网络， 位错在某一滑移面运动时会以 不同的角度穿过此滑移面并与其他的位错形成林位 错。此时由于位错间的弹性相互作用使位错运动受 阻； $位错相互作用形成胞状结构或亚晶粒互相锁 住， 同时胞壁成为位错运动的障碍。 （<） 第 < 阶段开 始后， 足够高的应力使被阻挡的位错借助于交滑移 而运动。 当高锰钢受到外加载荷作用时由于 ’( 的原子 在正刃位错的上半边 （受 半径大于 ./ 的原子半径， 压缩边） 交互作用能是正值， 溶质原子受到排斥； 而 在下半边 （受压缩边） 交互作用是负值。在发生形变 时溶质原子 ’( 会被吸到位错附近。 * 原子处于 " ［#， ［" @ !， 间隙位置上。对点阵 - ./ 的 #， " @ !］ " @ !， #］ 造成不对称的畸变， 与螺位错发生交互作用。 ’(、 * 原子与位错的交互作用它们将聚集在位错附近以降 低体系的畸变能， 形成所谓溶质原子气团 （柯垂尔气 团） 。当发生塑性变形时气团会阻止位错的运动， 引 起加工硬化现象。’(、 * 这两种溶质原子还会与位 错发生电交互作用， 自由电子会从点阵受压地区移 至受张地区， 形成了局部电偶极。 ’( 原子与 ./ 原 子的价电子不同， 自由的电子会离开而形成正离子， 与位错之间会产生短程的静电相互作用。 ’(、 *原 子与位错之间还有 ABCB6D 交互作用使扩展位错形成 层错区局部的偏聚， 也会阻碍位错的移动， 同时随层 错能的下降， 扩展位错会加宽， 也产生强化作用。要 使高锰钢发生塑性形变必须克服上述所有阻碍位错 运动的力， 就必须消耗一定的能量才能实现， 而这在 宏观上就表现为加工硬化现象。 # 动态应变时效硬化假说 晶体之所以能发生塑性变形是由于位错运动引 起的， 据此动态应变时效硬化假说认为， 晶体发生塑 性变形时溶质原子受到与位错周围扭曲的原子结构 所伴生的高能应变能的影响， 将被吸引到位错中心 处形成 “柯氏气团” ， 使系统的应变能降低并对位错 的运动起钉扎作用， 即产生了动态应变时效强化效 应， 从而导致了加工硬化现象的出现。奥氏体锰钢 的穆斯堡尔谱试验显示出其冷加工时碳原子的群
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收稿日期： (""($"&$(#
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。由于两者的体积不同，
后者的体积较大产生了膨胀阻碍滑移面滑移引起
［’］ 蔡娜， 钟芳源 A 轴流式弯掠动叶变工况气动— — —声学性能的实验 研究 ［ B］ （#） ： A 工程热物理学报， !&&C， () , #"A ［7］ 蔡娜， 李地， 钟芳源 A 新型弯掠动叶风机性能实验 ［ B］ A 流体机械， （!!） ： !&&C， % , !"A ［C］ 刘富武， 杜朝辉， 钟芳源 A 轴流通风机动叶前弯对扩大稳定工况 的试验研究 ［ B］ （C） ： A 风机技术， !&&&， 7 , )A 土 ［%］ 郭绪 土 ， 愈茂铮 采用端壁边界层抽吸方法抑制叶栅二次流的 A 土 效果分析 ［ B］ （C） ： A 工程热物理学报， !&&&， (#! , (#’A ［)］ 6 = 0+DEF， B / 9G.， * 6 8HIJKL 2MKEMD+.N *DHI 0+OJKJNGH. /H.NKHD HP+K J ［ B］ ?JQRIJKL$*JQG.S ;JTO =GJ 2KJ.UP+KU+ J.L 0I+ON 6KHHP+U V 2KJ.U HW 40-1， BHMK.JD HW *DMGLU 1.SG.++KG.S， =HD V !!(， BM.+， !&&"， OO(#) , (’" V ［&］ XMNJRJ -<@X4:1， <RMNJKHY @>B<， XHUYGRGFH @<08<:4@4， 0MUMTM -Z$ ;424 2Y+ O+KWHKTJ.Q+ /YJKJQN+KGUNGQ HW J. 4GK$U+OJKJNHK HW 4[GJD *DHI ［ B］ *J. V ?MDD+NG. HW B0-1， =HD V ()， @HV (’(， 4MSMUN !&)7， OO!C7& ,
高锰钢加工硬化机理研究
王建华，任立军 （中南大学 机电学院，湖南 长沙 ’!"")#）
摘 要：介绍了关于高锰钢加工硬化机理的几个假说： 形变马氏体硬化假说、 孪晶硬化假说、 高位错密度硬化假说、 动态应变时效硬化假说、 综合作用硬化假说、 *+ , -. , / 原子团硬化假说。 穆斯堡尔谱实验、 电子探针等方法进行研究分析后认为， 上述 通过对高锰钢进行 01-、 21-、 1345、 几种机理在不同的条件下都对高锰钢加工硬化起不同程度的作用， 同时也发现， 随高锰钢中的 -.、 高锰钢表现出更好的加工硬化能力， 我们同意是由于对高锰钢加工硬化起主要作用是 / 含量增加， 原子团而引起的。 *+ , -. , / 关键词：高锰钢；加工硬化；机制 中图号： 267 文献标识码：4 ! 引言 高锰钢是在强冲击工况下具有高强度、 高塑性、 韧性好、 特别耐磨的一种材料。从理论上解释高锰 钢加工硬化现象还存在不少的疑点， 至今还没有一 种很完美、 能得到各方面接受的理论来很好地解释 高锰钢的加工硬化现象。下面将就这个问题做一些 简单的研究和探讨。 " 形变诱发马氏体相变硬化假说 形变诱发马氏体相变硬化假说认为奥氏体高锰 钢加工硬化的原因是由于高锰钢形变诱发高锰钢中 的奥氏体转变成马氏体
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［’］ 蔡娜， 钟芳源 A 轴流式弯掠动叶变工况气动— — —声学性能的实验 研究 ［ B］ （#） ： A 工程热物理学报， !&&C， () , #"A ［7］ 蔡娜， 李地， 钟芳源 A 新型弯掠动叶风机性能实验 ［ B］ A 流体机械， （!!） ： !&&C， % , !"A ［C］ 刘富武， 杜朝辉， 钟芳源 A 轴流通风机动叶前弯对扩大稳定工况 的试验研究 ［ B］ （C） ： A 风机技术， !&&&， 7 , )A 土 ［%］ 郭绪 土 ， 愈茂铮 采用端壁边界层抽吸方法抑制叶栅二次流的 A 土 效果分析 ［ B］ （C） ： A 工程热物理学报， !&&&， (#! , (#’A ［)］ 6 = 0+DEF， B / 9G.， * 6 8HIJKL 2MKEMD+.N *DHI 0+OJKJNGH. /H.NKHD HP+K J ［ B］ ?JQRIJKL$*JQG.S ;JTO =GJ 2KJ.UP+KU+ J.L 0I+ON 6KHHP+U V 2KJ.U HW 40-1， BHMK.JD HW *DMGLU 1.SG.++KG.S， =HD V !!(， BM.+， !&&"， OO(#) , (’" V ［&］ XMNJRJ -<@X4:1， <RMNJKHY @>B<， XHUYGRGFH @<08<:4@4， 0MUMTM -Z$ ;424 2Y+ O+KWHKTJ.Q+ /YJKJQN+KGUNGQ HW J. 4GK$U+OJKJNHK HW 4[GJD *DHI ［ B］ *J. V ?MDD+NG. HW B0-1， =HD V ()， @HV (’(， 4MSMUN !&)7， OO!C7& ,