高碳高锰钢450℃时效处理后的拉伸断裂行为

高碳 高锰 钢 ４ ５ ０ ￣ Ｃ时效 处 理 后 的拉 伸 断裂 行 为
管 现 军 ， 冯 锐 ， 丁 志敏
（ １ ． 大连 交通大学 材料科 学与工程学院 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ； ２ ． 中车大 同电力机 车有 限公 司技术 中心 ，
山西 大 同 ０ ３ ７ ０ ３ ８ ） 米
韧性和高加工硬化性 ， 而 被 广 泛应 用 于 铁 路 、 采
是 造成 高锰 钢脆 性 断 裂 的 原 因． 而关 于 ４ ５ ０ ￣ Ｃ时
效 处理 后 高碳 高锰 钢 的变 形及 断裂 行 为 的研 究 ， 目前还 鲜有 报道 ．
鉴于此 ， 本 文 通 过 研 究 水 韧处 理后 经 ４ ５ ０ ｏ Ｃ
基金 项 目： 中国铁路总公司科技研究开发计划资助项 目（ ２ ０ １ ２ Ｇ ０ １ １ 一 Ｄ） ； 大连市科技计划资助项 目（ ２ ０ １ ３ Ａ １ ６ Ｇ Ｘ １ １ ９ １ ） 作者 简介 ： 管现军 （ １ ９ ８ ９一） ， 男， 硕士研究生 ； 丁志敏 （１ ９ ６ ２一）， 男， 教授 ， 博士， 主要从事材料表 面改性 与金属 材料 强韧化的理论及其工艺的研究
第３ ８卷 第 ２期 ２ ０ １ ７年 ４月
大 连
交 通
大
学
学 报
Ｖｏ１ ． ３８ Ｎｏ ． ２ Ａｐ ｒ ． ２ ０１ ７
Ｊ Ｏ ＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｄ ＡＬ Ｉ ＡＮ Ｊ Ｉ Ａ０Ｔ ０ＮＧ ＵＮ Ｉ ＶＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ ． ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ ． ０ ０ ６ ７ — ０ ４
的高碳高锰钢仍具有优越 的塑性 和高 的抗拉强 度 ， 其 断裂后 的抗拉 强度 和延伸 率可分 别达 到 ９ ８ １ ＭＰ ａ 和７ ０ ％． 拉伸断裂后 的高碳 高锰 钢组织 中出现 了大量 的孪 晶， 而且裂 纹在 孪晶界 处 以及 晶界上 的碳 化 物处 形核 ， 并沿 晶界 和孪 晶界长大 ， 相邻裂纹 相互 连接 、 扩展 ， 直至断裂． 拉伸断 口微 观形貌为石断 状 ， 其
时效处 理后 高碳 高 锰 钢 的原 始 组 织 ， 以及 拉 伸 断 裂后 的断 口形 貌 、 断 口剖 面组 织 及 其 裂 纹 的 形核 与扩 展形 态 ， 来 探 究 该 状 态下 高 碳 高 锰 钢 的拉 伸
及 断裂 行 为 ．
矿、 建材 等行 业 ． 虽 然高碳 高 锰钢 在高 冲击 工况 下拥 有不 可替 代 的地位 ， 但 其 弱点也 不容 忽视 ． 高 碳 高锰钢 的应 用， 因 未 变形 和 变 形 初期 的硬 度 低 、 耐磨 性 能差 ， 而受 到一 定 的 影 响 ． 所 以， 人 们 往 往 采 取 非 常 经济 的 时 效 处 理 来 提 高 其 初 始 硬 度 及 耐 磨
断裂 面上存 在有大量的韧窝．
关键 词 ： 高碳高锰钢 ； ４ ５ ０ ￣ Ｃ时效处理 ； 晶间碳化物 ； 断裂行 为
文献标识 码 ： Ａ

０ 引 言
高 碳 高锰 钢 作 为一 种 优 异 的耐 磨 材料 ， 其研 究 和应 用 已有上 百 年 的 历史 ¨ Ｊ ． 由 于在 高 冲 击 载 荷 或高 接触 应力 下 ， 高碳 高锰 钢具 有 高耐磨 性 、 高
Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｉ ｎ ｇ ｚ ｍ＠ ｄ ｊ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ．
磨光 、 抛光 干 ¨ 惜蚀之 后进 行 １ ： Ｉ １ 分析 干 『 ｌ Ｓ Ｉ ・ ： Ｍ分析
表 １ 实 验 用高 碳 高 锰 钢 化 学 成 分 ｃ Ａ
成 ５倍 ｑ ｂ ２ ０ ｍ ｍ 的标准 圆柱 拉伸试 样 ． 拉 伸 实 验 在 ＷＥ Ｗ 一６ Ｏ ０型 万 能 试 验 机 上 进
行． 然后， 利用 Ｓ Ｕ Ｐ Ｒ Ａ ５ ５型扫描 电子 显微镜对 断 口
形貌进 行分析 ． 并将 断后 试 样制 成 剖 面金 相试 样 ，
米 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ － － ０ ３ ． １ ５
性 ． 根据 文 献 ［ ７ － １ １ ］ 报道， 高锰钢 经水 韧 ＋ ４ ５ ０ ￣ Ｃ时效 处 理 后 ， 得 到 了 较 佳 的强 度 和 塑 性 配
１ 实 验 材 料 及 方 法
本实 验所 采用 材 料 为 １ ０ ０ Ｍｎ ｌ ３高 碳 高锰 钢 ，
其化学 成 分如表 １ 所示． 材 料 在熔炼 、 浇铸 和 锻造 之后采 用 电火 花 线 切 割 机 加 工 成 ０３ ０ ｍｍ 的 圆 棒， 并 利用 Ｓ ｘ一 ４—１ ０箱 式 电阻炉 对其 进行 水 韧
摘 要 ： 采用金相 分析 、 拉伸实验 以及 断 口形貌观察等分析手段研究 了 １ ０ ０ Ｍｎ ｌ ３高碳 高锰钢 ４ ５ ０ ￣ Ｃ时效
处理后的组织 、 拉伸性能 、 断 口形貌 特征及 其裂 纹形 核与 扩展 过程． 结果 表 明： 高碳 高锰 钢水韧 处理 及 ４ ５ ０ ￣ Ｃ时效处理后的金相组织 为奥 氏体 基体上存在有少量沿 晶界呈不连续分 布的碳化物． 具 有这样组织
＋ ４ ５ ０ ￣ Ｃ时效 处理 ． 最后 将处 理后 的实 验材料 加 工
合， 提 高 了其初 始 硬度 和耐磨 性 ， 表 现 出了较好 的 综 合性 能 ， 且４ ５ ０ ｏ Ｃ时 效 后 的组 织 为 奥 氏 体 ＋少 量碳 化 物组 织 ． 高 碳 高 锰 钢 的这 种 组 织 之 所 以具 有较 好 的综 合 性 能是 与 其 变 形 及 断 裂行 为有 关 ． 关 于高 碳高 锰 钢 时效 后 的变 形 及 断裂 行 为 ， 仅仅 文献 ［ １ ２ ］ 研 究 了奥 氏 体 基 体 上 存 在 有 珠 光 体 组 织 时 的变形 和 断裂 行 为 ， 且 作 者 认 为 珠 光 体 组织