改性高锰钢ZGMn13Cr2组织及性能研究
硼含量对Mn13Cr2高锰钢铸态组织和性能的影响
中图分类 号 ：ＴＧ１４２．１ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编号 ：１００１—４９７７ （２０１１）０４—０３８６—０４
Ｅ仟ｂｃｔ ｏｆ Ｂｏｒｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ Ｍ ｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
钢 中加人 过量 的硼会 形 成硼化 物 ，硼化 物 比碳化 物具有 更高 的硬度 和热稳定性 翻。故 近年来 ，以硼化 物 为主要 硬质 相 的耐磨 材料 的研究 日益 受 到 国内外材 料 界 的重视 。早在 ２０世 纪９０年 代初 ，Ｋｅｌｌｙ等人提 出了利 用 硼在 ＯＬ—Ｆｅ中 的溶解 度小 及 大部分 形 成硼 化物 ，通 过 改变硼 含量 控制 硼化 物硬 质相 的体 积分数 ，改 变碳 含
ＡＳ．Ｃａｓｔ Ｍｎ ｌ ３Ｃｒ２ Ｈｉｇｈ Ｍａｎｇａｎｅｓｅ Ｓｔｅｅｌ
ＧＵＯ Ｊｉａｎ—ｘｉｎ’，ＬＩＵ Ｊｕｎ－ｙｏｕ’，ＬＩＵ Ｊｉｅ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ ＢＫＤＲ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
量控制 基体 含碳 量 ，进而 控制 基体 性能 的特 点 ，提 出 了分别 改变 硼 和碳 的含量 以实 现控 制材 料 的耐磨性 和 韧性 的 目的 ，并 基 于上述 设计 思路 ，开 发 了性能 优异 的铁铬硼合金昀。另外 ，国内的符寒光、刘仲礼等人在 进 一步 降低合 金成 本 的基础 上对新 型 铁碳 硼合 金进行 了研究 ［７＿１０］，并 取得 了可喜 的成果 。
ZGMn13与ZGMn13Cr2钢不同含碳量时水韧处理性能对比
表2 ZG Mn13与ZG Mn13C r2钢不同含碳量时水韧处理性能对比T able 2 Properties conparison of ZG Mn13and ZG Mn13C r2steel at different carbon content钢号化 学 成 分(%)力 学 性 能C MnSiCrSPσb /MPaσs /MPaσs(%)a K /J ·cm -2HBZGMn13111011190156010100103067213385173512298189110612140148010100103075011398143217247192111013110151010100103573214396172912236203112513150155010100103169819380112710212199ZGMn13Cr20195121101541190010100103076513441133613345203110411160151119501010010257861246517341631620511101314014911520101201031791104691232193072041130131501521198010100103070513423102718296205注:水韧处理加热温度为1060±5℃,水温≤30℃;试样尺寸为<25mm ×100mm 、15mm ×15mm ×60mm 。
每组性能数据为3件试样的平均值。
表3 不同水韧加热温度对ZG Mn13C r2力学性能与组织的影响T able 3 Mechanical properties and structure of ZG Mn13C r2steel at different heating temperature水韧温度(±5℃)σb /MPaσs /MPaσs /(%)a K /J ·cm -2HB 金相组织950716484331911315201A +K 针网1000734463351423914198A +K 少1050768472361824513195A1100795527411724218191A A 为奥氏体、K 为碳化物注:试样尺寸为<35mm ×110mm ,15mm ×15mm ×60mm ,每组性能数据为3件试样的平均值。
Mn13Cr2高锰钢冲击磨损机制的研究
Mn13Cr2高锰钢冲击磨损机制的研究张福全;邵飞杰;周惦武【摘要】采用冲击磨料磨损试验机、扫描电镜等仪器设备,通过模拟高锰钢零件的实际工况条件,研究不同冲击功条件下材料的磨损规律以及磨损机理.研究结果表明:将高锰钢加热到650℃保温2h,再加热到1 080℃保温2h,然后淬火处理,其晶粒明显细化;高锰钢的临界冲击功为2 J/mm2,高锰钢在超过临界冲击功的条件下使用时才能充分发挥其加工硬化作用;高锰钢冲击磨损过程中主要存在切削磨损和凿削磨损两个磨损机制;冲击磨损试验后高锰钢晶粒内出现了大量的滑移带,滑移带密度随着冲击功的增加而增大,在2 J/mm2时,甚至出现了交滑移现象.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(041)012【总页数】5页(P6-10)【关键词】高锰钢;磨料磨损;临界冲击功;磨损机制【作者】张福全;邵飞杰;周惦武【作者单位】湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TG142.33高锰钢在冲击作用下，其工件表面能迅速产生加工硬化效果，使其具有良好的抗磨能力，广泛应用于矿山机械、冶金、建材等行业中.关于高锰钢加工硬化的原因一直没有统一认识，存在各种不同的观点，如早期的形变诱发马氏体相变硬化说、位错硬化说等[1-2]，后来还有动态应变时效硬化说[3]，孪晶+Mn-C原子对造成的强烈不对称畸变[4]等多种复合硬化说.但并不是所有需要耐磨的场合下都可以选用高锰钢，如在实际工况条件下，当冲击载荷不够高时，不能在工件表面形成充分的加工硬化效果，从而影响高锰钢工件的耐磨性能及其使用寿命.为了进一步提高高锰钢的耐磨性，人们在合金化处理[5]、热处理工艺[6]、表面预硬化处理[7]等方面进行了大量研究.本文通过冲击磨损试验[8-10]研究实际工况条件下高锰钢的加工硬化能力及其磨损机制，为充分发挥高锰钢的加工硬化能力，从而提高材料的耐磨性，并根据实际工况条件合理选用高锰钢提供实验依据.1 工况分析在实际生产中，高锰钢的应用范围很广，实际工况多种多样，所受到的冲击功也很难确定，选取高锰钢应用较广的锤式破碎机为例，大致推测在实际工况条件下，高锰钢的冲击功大小，以确定本实验选取的冲击功范围的大小.计算数据如表1所示. 表1 3种型号的锤式破碎机中锤头受到的冲击功Tab.1 Three types of Hammer type crusher’s impact power型号转速/(r·min-1)进料粒度/mm回转直径/mm 最大冲击功/J相对冲击功/(J·mm-2)PC-04041 5001004005160.516PC-08081 0002008007 3381.835PC-12127502001 25010 0972.524从表1可知锤式破碎机在破碎过程中所受到的冲击功大小.因此，本实验选用0.5 J/mm2，1 J/mm2，2 J/mm2和3 J/mm2的冲击功，研究冲击功对加工硬化能力及其耐磨性的影响.2 试验材料及方法试验用高锰钢化学成分(质量分数)为C 1.21，Mn 12.8，Si 0.4，Cr 1.92，S，P≤0.02，Fe余量.设计了两套热处理工艺方案，选取其中的最优方案.方案1：将工件加热到650 ℃保温2 h，再加热到1 080 ℃保温2 h，然后淬火处理.方案2：将工件加热到550 ℃保温1.5 h，加热到650 ℃保温2 h，再加热到1 080 ℃保温2 h，然后淬火处理.在MLD-10型动载磨料磨损试验机上进行冲击磨料磨损试验.待测试样用线切割的方法加工至10 mm×10 mm×30 mm，磨料是粒度为17目的石英砂.进行磨损试验时，待测样以200 次/min的频率进行冲击磨损，选取的冲击功有0.5 J/mm2，1 J/mm2，2 J/mm2和3 J/mm2，磨料以10 kg/h的流速流入上下试样之间，试验时间为60 min.待测试样在装机前后均用酒精清洗并烘干，在精度为0.1 mg的光学天平FA2004B上对磨损前后的待测试样的质量进行测量.硬度测试在HBRV187.5型硬度计上进行，测定5个点求平均值.试样经研磨、抛光后用4%硝酸酒精腐蚀，在MM6金相显微镜下进行显微组织观察.利用FEI Quanta-200型扫描电镜对冲击磨损表面形貌进行观察.3 实验结果与分析3.1 热处理对高锰钢显微组织的影响图1中A为奥氏体，B为碳化物，C为珠光体.图1(a)是高锰钢经过方案1热处理实验后的单一奥氏体组织，其晶粒度大小为350 μm.图1(b)是经过方案2热处理实验后的单一奥氏体组织，晶粒度大小为170 μm.图1(c)是高锰钢加热到550 ℃保温后直接淬火处理的组织．从图中可以看出高锰钢在550 ℃时碳化物析出长大，同时奥氏体相转变为了珠光体相.高锰钢在加热过程中随着碳化物析出、溶解的同时，金属基体组织也在发生变化，在550 ℃发生共析分解，形成珠光体.当温度超过共析转变温度时，珠光体晶团发生奥氏体重结晶.高锰钢和其他钢种一样，在相界面上奥氏体形核长大，形成奥氏体组织.由于奥氏体重结晶可在多个相界面上形核，形成多个奥氏体晶粒.所以这个过程可使奥氏体在一定程度上得到细化[11].3.2 磨损规律从图2中可以得知，随着冲击功的增大，高锰钢冲击磨损后的硬度逐渐增大.当冲击功达到2 J/mm2时高锰钢的硬度与3 J/mm2时相差不大，由此可知当冲击功为2 J/mm2时，高锰钢已经达到了最佳的加工硬化效果.冲击功2 J/mm2为高锰钢的临界冲击功.(a)经过方案1热处理后的组织(b)经过方案2热处理后的组织(c)550 ℃保温1.5 h后的淬火组织图1 高锰钢热处理后的显微组织Fig.1 Hadfiel d steel’s microstructure after heat treatment冲击功/(J·mm-2)图2 冲击磨损后高锰钢的硬度Fig.2 Hadfield steel’s hardness after impact由图3可见，随着冲击功的增大，磨损率出现了先减小后增大的规律.当冲击功为0.5 J/mm2时，高锰钢的磨损率最大.随着冲击功的增加，当冲击功为2 J/mm2时，高锰钢的磨损率最小.当冲击功超过2 J/mm2后，磨损率随着冲击功的增大而增大.由此可知，当冲击功在0.5～2 J/mm2范围内，随着冲击功的增大高锰钢的加工硬化效果愈加明显.当冲击功达到2 J/mm2时，高锰钢的加工硬化效果达到最佳效果，不会因为冲击功的增大而进一步加工硬化.当冲击功为2 J/mm2和3J/mm2时，高锰钢的加工硬化程度相同，都是充分发挥了高锰钢的加工硬化能力.在加工硬化效果相同的情况下，由于3 J/mm2的冲击功较大，所以磨损率较高.但是比较1 J/mm2与3 J/mm2的磨损率，冲击功为3 J/mm2的磨损率较小.由此可见，高锰钢的加工硬化能力是影响其耐磨性的重要因素.高锰钢在其临界冲击功之上使用才能发挥其耐磨能力.因此，高锰钢在冲击功2 J/mm2以上时使用才能充分发挥高锰钢的加工硬化效果.冲击功/(J·mm-2)图3 高锰钢的冲击功与磨损率的关系Fig.3 The impact power and wear rate maps of high manganese3.3 磨损表面形貌分析切削磨损是在切应力作用下，磨粒从表面切过，材料表面产生一定深度的犁沟.凿削磨损是当磨料以较高速度冲击材料表面时，材料表面受到较大的冲击功，材料亚表面形成裂纹，并在45°方向扩展，形成锥形冲击坑.图4中A为犁沟状变形痕迹，B为凿削坑.由图4可知，在0.5 J/mm2的冲击功下，磨料切入基体后，材料被挤出许多犁沟状痕迹(图4(a))．犁沟变形属于塑性变形，磨损表面只表现出塑性变形的痕迹，可见在此冲击功下高锰钢的磨料磨损机理为切削磨损机理．1 J/mm2的冲击功下，高锰钢试样磨损面上出现较多的犁沟(图4(b))，这种犁沟作用的重复进行促使被挤出部分发生多次挤压变形，产生了明显的加工硬化效果，磨料磨损机理同样是切削磨损机理．在2 J/mm2的冲击功下，高锰钢表面具有一定量的犁沟的同时出现了一些较浅的凹坑(图4(c))，高锰钢的磨料磨损机理为切削磨损机理和凿削磨损机理两者的共同作用．在3 J/mm2的冲击功下，高锰钢表面出现了大量的冲击坑以及少量的具有较大深度的犁沟(图4(d))，高锰钢的磨粒磨损机理以凿削磨损机理为主，同时伴有切削磨损机理.当冲击功较小时，加工硬化效果不明显，材料主要发生塑性变形，表现出来的是切削磨损和塑变磨损；随着冲击功的提高，磨料切入基体后可能在同一道犁沟发生多次挤压变形，从而提高加工硬化效果.根据力学理论可知，加工硬化区抗拉强度极限非常低，约为抗压强度的1/4～1/5，所以尽管在表面接触圆边缘处的最大拉应力为0.133q0(q0为接触表面的法向最大压应力)，当冲击功较大时，所产生的冲击力P相当大，这时可能所产生的拉应力仍将大于材料的抗拉强度极限而导致圆域边界产生垂直于表面的裂纹，促使凿削坑形成，表现出切削磨损和凿削磨损，随着冲击功的逐步增大凿削磨损逐渐转变为主要的磨损机制；只有当冲击功达到临界冲击功时，高锰钢的加工硬化效果最佳且受到的相对冲击功最小.材料表面既产生了较好的加工硬化效果，冲击力又不足以在材料表面凿削下大颗粒金属，因此，所发生的磨损很小.(a)0.5 J/mm2(b)1 J/mm2(c)2 J/mm2(d)3 J/mm2图4 不同冲击功下的表面磨损形貌图Fig.4 SEM images of worn surface of different impact power3.4 磨损后显微组织分析由图5(a)到图5(d)可以看出，试样经过冲击磨损试验之后，在冲击功的作用下，材料内部出现了大量的滑移带.滑移带的密度和冲击功的大小成正比.在0.5 J/cm2的冲击功下，滑移带密度较小，随着冲击功的增大，产生滑移带的密度逐渐增大.当冲击功到达2 J/mm2及以上时，由于冲击功较高，可开动的滑移带数目增多，在很多晶粒内出现交滑移现象(图5(c)和(d)).在冲击作用下，冲击面局部受力较大，不但能导致多个滑移开动，而且能使变形带很快产生，高密度变形带相互交叉、阻滞或截割，能使奥氏体组织强烈细化，有可能形成微晶甚至纳米晶[12]，从而产生加工硬化效果.4 结论1)高锰钢在550 ℃发生了珠光体转变，这些珠光体能为奥氏体提供大量的形核界面，因此，采用方案2进行热处理能细化高锰钢的晶粒组织.2)在冲击功为2 J/mm2时，高锰钢的冲击耐磨性最好，加工硬化能力最佳.冲击功2 J/mm2为高锰钢的临界冲击功.高锰钢在大于2 J/mm2的冲击功工况下使用，能充分发挥其加工硬化能力.(a)0.5 J/mm2(b)1 J/mm2(c)2 J/mm2(d)3 J/mm2图5 冲击试验后高锰钢的显微组织Fig.5 The microstructure of Hadfield steel after impact wear test3)高锰钢冲击磨损过程中主要存在着两种磨损机制：切削磨损机制和凿削磨损机制.当冲击功为0.5～1.0 J/mm2时，磨损过程为切削磨损机制；在冲击功为2J/mm2时，磨损过程中出现了凿削机制，但以切削磨损机制为主体.当冲击功大于2 J/mm2时，凿削磨损机制为冲击磨损过程中的主要作用机制.4)在0.5 J/mm2时，滑移带的密度较小，随着相对冲击功的提高，高锰钢中滑移带的密度显著增大，在2 J/mm2时，甚至出现了交滑移现象.参考文献[1]祖方遒, 李小蕴, 刘兰俊, 等．不同相对冲击功下高锰钢组织与加工硬化机制的研究[J]. 材料热处理学报，2006, 27(2):71-74.ZU Fang-qiu, LI Xiao-yun, LIU Lan-jun, et al. Research on microstructure and work hardening mechanism steel by simulating actual working condition[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2006, 27(2):71-74. (In Chinese)[2]BAYRAKTAR E, KHALID F A, LEVAILLANT C. Deformation and fracture behaviour of high manganese Austenitic steel[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2004, 147:145-154.[3]DASTUR Y N, LESLIE W C. Mechanism of work hardening in highfield manganese steel[J]. Metallurgical Transaction A, 1981, 12: 749-757.[4]石德柯，刘军海. 高锰钢的变形与加工硬化[J]. 金属学报，1989, 25(4): 142-145．SHI De-ke, LIU Jun-hai. Deformation and work hardening of Hadfield manganese steel[J]. Acta Metallurgica Sinica, 1989, 25(4): 142-145. (In Chinese)[5]ABBASI M, KHEIRANDISH S, KHARRAZI Y, et al. The fracture and plastic deformation of aluminum alloyed Hadfield steels[J]. Materials Science and Engineering A, 2009,513/514:72-76.[6]丁志敏, 王树娟, 杨芳, 等. 高锰钢低温时效处理时的组织结构[J]. 材料热处理学报, 2007, 28(S1):29-33.DING Zhi-min, WANG Shu-juan, YANG Fang, et al. Microstructure of high manganese steel during low-temperature aging treatment[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2007, 28(S1):29-33. (In Chinese)[7]严伟林, 方亮, 孙琨, 等. 表面纳米化对高锰钢磨料磨损性能的影响[J]. 西安交通大学学报, 2007, 41(5): 611-615.YAN Wei-lin, FANG Liang, SUN Kun, et al. Effect of surface nanocrystallization on abrasive wear properties in Hadfield steel[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2007, 41(5): 611-615. (In Chinese)[8]KORSHUNOV L, KOSITSINA I, SAGARADZE V, et al. Effect of the carbide phase on the tribological properties of high-manganese antiferromagnetic Austenitic steels alloyed with Vanadium and Molybdenum[J]. The Physics of Metals and Metallography, 2011, 112(1): 90-100.[9]WANG K, DU X D, YOUN K T, et al. Effect of impact energy on the impact-wear properties of low carbon high manganese alloy steels in corrosive conditions[J]. Metals and Materials International, 2008, 14(6): 689-693.[10]吕宇鹏, 李士同, 陈方生, 等. 变质超高锰钢的冲击磨料磨损行为研究[J]. 金属学报, 1999, 35(6): 581-584.LV Yu-peng, LI Shi-tong, CHEN Fang-sheng, et al. On the impact abrasive wear of super-high manganese steel[J]. Acta Metallurgica Sinica, 1999,35(6): 581- 584. (In Chinese)[11]谢敬佩，王文焱，李继文，等. 耐磨奥氏体锰钢[M]. 北京:科学出版社, 2008：139-140.XIE Jing-pei, WANG Wen-yan, LI Ji-wen, et al. Wear resistance of Austenitic manganese steel[M]. Beijing: Science Press, 2008：139-140. (In Chinese) [12]许云华，熊建龙，武宏，等. 高能量冲击载荷下高锰钢的耐磨性[J].材料热处理学报，2000, 14(6): 665-669.XU Yun-hua, XIONG Jian-long, WU Hong, et al. Wear resistance of Hadfield manganese steel under high energy impact load[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2000, 14(6): 665-669. (In Chinese)。
mn13高锰钢的热处理工艺研究
mn13 高锰钢的热处理工艺研究
本文研究了 mn13 高锰钢的热处理工艺，包括热处理方法、加热温度、保温
时间、淬火温度等方面，以提高钢的弹性极限、力学性能和机械性能。
mn13 高锰钢是一种常用的弹簧材料，具有良好的弹性性能和机
械性能。
为了充分发挥这些性能，热处理工艺是非常关键的。
一般来说，弹簧的主要热处理工艺是淬火中温回火，以达到最好的弹性极限。
对于刀片等需要良好力学性能的制品，选择的热处理工艺是淬火高温回火，也称为调质处理。
在热处理过程中，加热温度和保温时间是非常重要的参数。
如果温度过高或保温时间过长，可能会导致钢的晶粒粗大、变形或开裂等问题。
因此，具体的加热温度和保温时间需要参考热处理手册，根据钢的具体情况进行调整。
淬火是热处理过程中的重要环节，它通过快速冷却来使钢的组织发生变化，提高钢的硬度和强度。
淬火温度的选择取决于钢的类型和所需性能。
对于 mn13 高锰钢，通常选择的淬火温度范围在 400-500°C 之间。
在淬火后，需要进行回火处理，以降低钢的硬度和提高其弹性极限。
回火温度的选择同样取决于钢的类型和所需性能。
对于 mn13 高锰钢，通常选择的回火温度范围在 200-300°C 之间。
总之，mn13 高锰钢的热处理工艺需要根据具体制品的需要进行
调整，以达到最佳的性能和质量。
高锰钢形变过程中加工硬化机理的研究
高锰钢形变过程中加工硬化机理的研究∗张福全;何翠;周惦武【摘要】采用Gleeble-3500试验机对ZGMn13Cr2高锰钢进行0.1 s-1应变速率下的室温压缩实验,应变量分别为5%,30%和50%.利用金相显微镜、维氏显微硬度机、XRD 和TEM等方法,研究了压缩变形量对 ZGMn13Cr2显微组织衍变及加工硬化机制的影响.结果表明：高锰钢压缩变形后晶粒内出现大量变形带,变形带相互交叉、缠结、割截.压缩变形量为5%时,高密度位错相互缠结呈位错胞或者位错墙,压缩变形量为30%时,基体内出现形变孪晶,随着变形量的进一步增大,孪晶的密度和体积分数增大,水韧态高锰钢在压缩变形量为50%的条件下,其显微硬度与初始态相比提高了125%,达到 HV560.8.XRD 结果显示,压缩变形后基体组织为奥氏体和少量的碳化物,未发现相变诱发马氏体组织.随着变形量的增大,高锰钢加工硬化机理由位错强化机制向形变孪晶强化为主、位错+少量层错强化机制为辅的机制转变.%Compression test of ZGMn13Cr2 Hadfield steel was carried out by Gleeble-3500 thermal sim-ulator at the deformation temperature of 298 K under a constant loading strain rate of 0.1 s-1 and with the compressive deformation of 5%,30%,and 50%,respectively.The effects of compressive deformations on the microstructure evolution and work hardening mechanism of ZGMn13Cr2 Hadfield steel were analyzed by optical microscope,vickers micro-hardness machine,transmission electron microscopy and X-ray dif-fraction.The test results show that a large number of deformation bands appeared in the grains of com-pressed high manganese steels.The deformation bands intersected,tangled and isolated with each other. A great deal of high density dislocation was entangledinto dislocation cells or dislocation walls with the compression amount of 5%.Deformation twins appeared in the matrix when the compression amount was30%.With the increasing of compressive deformation,the amount and volume fraction of the twins in-creased gradually.When the compression amount was 50%,the micro-hardness of water-quenched high manganese steel increased by 125% compared with the initial state,showing HV560.8.Meanwhile,XRD results show that the matrix structure remained austenite and with a bit of carbide,but no deformation-in-duced martensites were founded in these deformed samples.With the increasing of compressive deforma-tion,work hardening mechanisms of Hadfield steel changed from dislocation strengthening into mainly rel-ying on deformation twin supplemented by dislocation and stacking fault mechanisms.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(043)012【总页数】6页(P11-16)【关键词】高锰钢;加工硬化机理;压缩变形量;组织;性能【作者】张福全;何翠;周惦武【作者单位】湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410082;湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TG145高锰钢因具有高强度、高韧性、高耐磨性、良好的加工硬化能力而广泛地应用于矿山机械、铁路、冶金、电力等承受冲击载荷的设备中.近年来为提高高锰钢铸件在实际应用中的加工硬化能力和耐磨性，研究者在合金化、表面预硬化等方向做出了大量的努力.如许云华等[1]、冯晓勇[2]利用高速重击的方式获取表面纳米化晶层，提出了纳米晶强化机制.胡晓艳[3]利用爆炸硬化技术获得了表层含高密度位错和孪晶等微观缺陷的加工硬化层.但是，关于高锰钢的加工硬化机制，多年来并没有统一的说法，除了形变诱发马氏体相变硬化说[4]被大多数学者否定之外，还有孪晶硬化说[5-8]、位错硬化说[9]、Fe-Mn-C原子团硬化说[10]、综合硬化说[11]、纳米晶与非晶相镶嵌硬化说[12]等.目前针对高锰钢的研究主要在低应变速率(10-2 s-1以下)[13]、小能量多次冲击[14]的工况下进行，这与高锰钢承受较高能量和高应变速率的实际工况不符.本文则采用Gleeble-3500热模拟机对高锰钢在较高应变速率、较大变形量条件下进行压缩实验，探究其加工硬化规律及机制，为实际应用中充分发挥高锰钢的耐磨性和加工硬化能力提供理论依据.实验材料为ZGMn13Cr2，其主要化学成分见表1.采用中频炉熔炼，树脂石英砂造型，浇注标准Y形试块.为获得碳化物分布均匀、综合性能优良的奥氏体组织，试块在真空管式炉内(GSL1600)加热至650 ℃保温1.5 h，再以相同的升温速率升至1 080 ℃保温1.5 h后进行水韧处理，经线切割加工成Ф6 mm×9 mm的热模拟标准试样.热模拟压缩实验在Gleeble-3500型试验机上进行，压缩过程中抽真空.试验采用中轴压缩的方式，为减少摩擦力，试样与压头之间添加润滑油，为防止润滑油污染压头，压头和试样之间垫钽片，变形过程全部由微机处理系统控制并自动采集有关数据，最后以表格形式输出载荷-行程和真应力-真应变等数据.热模拟压缩实验方案如下：变形温度为298 K，应变速率为0.1 s-1，变形量分别为5%, 30%和50%.利用OM, XRD(RigakuD/max2550V)及TEM(F20)对经不同应变量变形后的试样进行微观组织结构表征，利用HV-1000显微维氏硬度计测量高锰钢经压缩后的硬度.金相样品的制备过程：试样机械磨平抛光后，用4%硝酸和盐酸酒精反复擦拭腐蚀80～90 s；TEM样品的制备过程：机械抛光研磨至70～80 m后，冲成Φ3 mm薄片，再减薄至40 m，液氮冷却至-30 ℃以下，采用3%HClO4+97%CH3COOH溶液进行电解双喷，双喷电压为75 V，电流为45 mA.2.1 真应力-真应变曲线与加工硬化率曲线高的加工硬化能力是高锰钢在实际应用过程中耐冲击耐磨损的重要原因，通过真应力-真应变曲线所获得的加工硬化率(θ=dσdε)曲线，可以很好地反映高锰钢压缩变形过程中内部位错、层错、孪晶等相关的微观缺陷的变化特征[15].图1a为室温下高锰钢在Gleeble-3500机上以0.1 s-1恒应变速率压缩50%后获取的真应力-真应变曲线，图1b为对真应力-应变曲线求一阶导数获得的加工硬化率-真应变曲线，图1c为根据Hutchinson和Ridley[9]在压缩过程中建立的纯位错密度模型拟合出来的加工硬化率曲线，相关函数如下：,ρdis=1.7×1016ε，.将式(2)代入式(1)后求导可得出式(3).其中α为常数；G是剪切模量；b是柏氏矢量.相关文献资料显示[9],α=0.25，G=70 GPa，b=2.64×10-1 nm.从图1a可看出应力随着应变量的增大而增大，曲线可分为3个阶段：0<ε≤5%时为弹性变形阶段，流变应力几乎呈线性迅速增加；5%<ε≤30%为直线硬化阶段，流变应力增加的趋势有所放缓；30%<ε≤50%为抛物线硬化阶段，流变应力增加的趋势进一步减缓.从图1b可看出加工硬化率曲线随着应变的增加先快速递减，在约为5%处递增，随着变形的继续，加工硬化率曲线出现了一个平台.对比曲线b与曲线c可以看出在应变量大于5%时，实验测得的加工硬化率曲线较纯位错模型拟合出来的加工硬化率曲线有一个明显的增值，这表明在压缩过程中基体硬化机理发生了变化，高锰钢内部强化机制并非为单一的位错强化机制.经后续的TEM和XRD可以证明由位错强化机制变成位错+层错+孪晶强化机制.2.2 XRD物相分析图2所示是应变速率为0.1 s-1，压缩变形量分别为5%, 30%和50%的XRD衍射图谱，图中显示压缩变形后物相仍为奥氏体和少量碳化物，并未检测到ε-马氏体.随着压缩量的增加，(111)γ衍射峰强度异常增加，而(311)γ和(200)衍射峰强度减小，说明高锰钢晶粒内部发生偏转，产生大量的(111)γ织构；各衍射峰的宽度增加，这是因为高锰钢层错能较低，约为23 mJ/m2[16]，压缩变形后层错增加，生成形变孪晶，使晶粒碎化，孪晶的生成以及内应力的增大共同造成了衍射峰加宽这一现象.2.3 压缩量对微观组织的影响2.3.1 金相组织图3是应变速率为0.1 s-1，压缩变形量分别为5%, 30%和50%时高锰钢的显微组织图片.在外部轴向压缩应力的作用下，基体内部出现大量相互交叉、阻滞和割截的变形带.变形量为5%时变形带大多呈平直状，间距较宽(如图3(a)所示)．变形量为30%时，变形带密度增大，自身宽度变宽，出现折截状台阶(如图3(b)所示).变形量为50%时，变形带的间距缩短，痕迹加深，密度进一步增大，台阶状变形带明显增加(如图3(c)所示)，相互交叉、阻滞和割截的变形带，将基体分割成细小的区域，使得高锰钢的硬度增大，高锰钢加工硬化能力加强.由于光学显微镜下无法清晰地辨别变形带为滑移线还是孪晶，为了更进一步地了解加工硬化的深层次原因和机制，必须对其微观晶体缺陷进行表征.2.3.2 透射电镜组织图4所示为室温下应变速率为0.1 s-1，压缩变形量分别为5%, 30%和50%时高锰钢的透射形貌及特征电子衍射花样.图4(a)为压缩变形量为5%时高锰钢的透射电镜形貌，从图中可看出高密度位错相互缠结呈位错胞或者位错墙；图4(b)(c)(d)是压缩变形量为30%时透射电镜形貌的明暗场及其衍射斑点，从图中可看出基体内出现了形变孪晶和少量层错；图4(e)(f)(g)是压缩变形量为50%时透射电镜形貌的明暗场及其衍射斑点，从图中可看出孪晶衍射斑点强度增大，其密度和体积分数增大.由不同压缩变形量的透射照片可还原静态压缩过程中高锰钢内部微观晶体缺陷的变化情况：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.随着变形量的继续增大，孪晶体积分数不断增大，位错密度也有所增大，局部区域孪晶中间出现少量的层错，孪晶及层错形成了位错难以逾越的壁垒，这将导致位错运动的阻力增大.综上所述，随着变形量的增大，高锰钢在压缩变形过程中加工硬化机制发生了改变，由位错强化机制逐渐向位错+少量层错+形变孪晶机制转变.2.4 压缩变形量对加工硬化能力的影响硬度是衡量材料软硬程度的一种指标，可通过显微硬度来衡量高锰钢承受静态压缩载荷后样品加工硬化的程度.图5所示是应变速率为0.1 s-1，压缩变形量分别为5%, 30%和50%时的显微硬度变化曲线，硬度值均由5个点求平均值得到.从图中可知经压缩变形后高锰钢显微硬度随变形量的增加近似呈线性增长，水韧态高锰钢在压缩变形量为50%的条件下，其显微硬度与初始态的相比提高了125%，达到HV560.8，由此可知高锰钢在变形量为50%的条件下加工硬化能力得到充分发挥.硬化能力受变形量的影响较大，这与高锰钢在不同压缩变形量时的微观硬化机理不同有关：在变形初期，对应的强化机制为位错强化，所以高锰钢硬度增值较小，加工硬化并没有得到充分发挥.随着压缩变形的继续进行，晶体内应力不断增大，孪晶和层错不断形成，其强化机制为位错+少量层错+孪晶，孪晶和层错对位错的阻滞作用更强，导致一定孪晶内部会形成多系孪晶，孪晶系增多与孪晶重复交割强度加大使得碎化晶粒的尺寸进一步减少，起到细化晶粒的作用，所以材料的硬度不断增加.1)ZGMn13Cr2高锰钢在恒应变速率等温压缩时，流变应力随应变的增大而增加，0<ε≤0.05时为弹性变形阶段，流变应力几乎呈线性迅速增加；0.05<ε≤0.30时为直线硬化阶段，流变应力增加的趋势有所放缓；0.30<ε≤0.50时为抛物线硬化阶段.2)应变速率为0.1 s-1时，压缩量在0%～50%的形变范围内基体为奥氏体和少量碳化物，未发现相变诱发马氏体组织.水韧态高锰钢在压缩变形量为50%的条件下，其显微硬度与初始态的相比提高了125%，达到HV560.8.3)压缩变形量为5%时，基体内部位错密度较高，形成了大量平直的位错墙和位错胞，对应的强化机制为位错强化；压缩变形量为30%时，基体内出现形变孪晶；压缩变形量为50%时，孪晶的密度和体积分数进一步增大，强化机制以形变孪晶强化为主，位错+少量层错为辅.【相关文献】[1] 许云华,陈渝眉,熊建龙,等.冲击载荷下应变诱导高锰钢表层组织纳米化机制[J].金属学报,2001,37(2):165-170.XU Yun-hua, CHEN Yu-mei, XIONG Jian-long,et al. Mechanism of strain-induced nanocrystallization of Hadfield steel under high energy impact load[J]. Acta Metallrugica Sinica, 2001,37(2):165-170. (In Chinese)[2] 冯晓勇.高速重击条件下高锰钢表面纳米晶的制备及组织性能研究[D].秦皇岛:燕山大学材料科学与工程学院,2015:12-19.FENG Xiao-yong. Investigation on the nanocrystallization microstructure and properties of Hadfield steel induced by high speed pounding[D]. Qinhuangdao: College of Materials Science and Engineering, Yanshan University, 2015:12-19.(In Chinese)[3] 胡晓艳.高锰钢爆炸硬化专用炸药与硬化机理的研究[D].合肥:中国科学技术大学工程科学学院,2014:76-79.HU Xiao-yan. Explosive and mechanism of explosion hardening of high manganesesteel[D]. Hefei: School of Engineering Science,University of Science and Technology of China, 2014:76-79. (In Chinese)[4] 张维娜,刘振宇,王国栋.高锰TRIP钢的形变诱导马氏体相变及加工硬化行为[J].金属学报,2010, 46(10):1230-1236.ZHANG Wei-na, LIU Zhen-yu, WANG Guo-dong. Martensitic transformation induced by deformation and work-hardening behavior of high manganese trip steel[J]. Acta Metallrugica Sinica, 2010, 46(10):1230-1236. (In Chinese)[5] IDRISSI H, RENARD K, RYELANDT L, et al. On the mechanism of twin formation in Fe-Mn-C TWIP steels[J]. Acta Materialia, 2010, 58(7):2464-2476.[6] EFSTATHIOU C, SEHITOGLU H. Strain hardening and heterogeneous deformation during twinning in Hadfield steel[J]. Acta Materialia, 2010, 58(5):1479-1488.[7] WANG T S, HOU R J, LV B, et al. Microstructure evolution and deformation mechanism change in 0.98C-8.3Mn-0.04N steel during compressive deformation[J]. Materials Science & Engineering A, 2007, 465(1):68-71.[8] IDRISSI H, RENARD K, SCHRYVERS D, et al. On the relationship between the twin internal structure and the work-hardening rate of TWIP steels[J]. Scripta Materialia, 2010, 63(10):961-964.[9] HUTCHINSON B, RIDLEY N. On dislocation accumulation and work hardening in Hadfield steel[J]. Scripta Materialia, 2006, 55(4):299-302.[10]IGLESIAS C, SOLRZANO G, SCHULZ B. Effect of low nitrogen content on work hardening and microstructural evolution in Hadfield steel[J]. Materials Characterization, 2009, 60(9):971-979.[11]KARAMAN I, SEHITOGLU H, GALL K, et al. Deformation of single crystal Hadfield steel by twinning and slip[J]. Acta Materialia, 2000, 48(6):1345-1359.[12]张增志.耐磨高锰钢[M].北京:冶金工业出版社,2002:111-112.ZHANG Zeng-zhi. Wear-resistant high manganese steel [M].Beijing: Metallurgical Industry Press, 2002:111-112.(In Chinese)[13]BAYRAKTAR E, KHALID F A, LEVAILLANG C. Deformation and fracture behaviour of high manganese austenitic steel[J]. Journal of Materials ProcessingTechnology,2004,147:145-154.[14]祖方遒,李小蕴,刘兰俊,等.不同相对冲击功下高锰钢组织与加工硬化机制的研究[J].材料热处理学报,2006,27(2):71-74.ZU Fang-qiu, LI Xiao-yun, LIU Lan-jun, et al. Research on microstructure and work hardening mechanism steel by simulating actual working condition[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2006,27(2):71-74. (In Chinese)[15]项建英,宋仁伯,侯东坡,等.316L不锈钢加工硬化机制及孪生行为[J].材料科学与工艺,2011,19(4):128-133.XIANG Jian-ying, SONG Ren-bo, HOU Dong-po, et al. Mechanism of work hardening and twinning for 316L stainless steel[J]. Materials Science and Technology,2011,19(4):128-133.(In Chinese)[16]LEE W S, CHEN T H. Plastic deformation and fracture characteristics of Hadfield steel subjected to high-velocity impact loading[J]. Journal of Mechanical Engineering Science, 2002, 216(10):971-982.。
高锰钢性能的研究和提高的开题报告
高锰钢性能的研究和提高的开题报告
尊敬的评委们：
您们好！我是XXX，今天我将为大家介绍我的研究课题——高锰钢性能的研究和提高的开题报告。
一、研究背景
高锰钢以其优异的高温、高强、高韧和耐蚀等特性，被广泛应用于机械制造、航空航天、化工等领域。
然而，高锰钢的强度和塑性之间存在矛盾，使得其在制造过程中存在一些困难。
二、研究目标
本研究旨在通过调控高锰钢的热处理工艺和微观组织结构，提高其强度和塑性的综合性能。
具体目标如下：
1. 研究高锰钢的热处理工艺对其组织和性能的影响；
2. 探究高锰钢的纳米晶化方法，并评价其效果；
3. 分析高锰钢中微量元素对其性能的影响。
三、研究方法
本研究采用以下方法进行实验和分析：
1. 铸造和轧制高锰钢试样；
2. 采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段对高锰钢的组织结构进行观察和分析；
3. 采用拉伸试验机对试样进行力学性能测试，并进行数据分析；
4. 研究高温时的氧化行为，并测试其耐蚀性。
四、预期结果
本研究预计可以得到以下结果：
1. 确定高锰钢不同热处理工艺条件下的最佳组织和性能；
2. 评价高锰钢的纳米晶化效果，并探究其机理；
3. 确认高锰钢中微量元素对其性能的影响规律，并探究其作用机制。
五、研究意义
本研究可为高锰钢的生产和应用提供参考，有助于提高高锰钢的性能和降低生产成本。
同时，还可为其他类似合金的研究提供参考。
综上所述，本研究的目标、方法、预期结果和意义均为高锰钢技术研究的重要方向。
希望我的研究能够取得良好的成果，为学术和产业都做出积极的贡献。
谢谢大家！。
Mn13高锰耐磨钢性能介绍
Mn13高锰耐磨钢性能介绍
高锰钢是指含锰量在1、5或10%以上的合金钢，分为高碳高锰耐磨钢ZGMn13，中碳高锰无磁钢40Mn18Cr3、50Mn18Cr4，低碳高锰不锈钢，高锰耐热钢，TWIP钢，中锰钢%Mn=3-8%wt等。
Mn13特别适于制作长时间经受高冲击物料磨损的耐磨构件，广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械设备中。
Mn13成品钢板具有良好塑韧性，易于加工成型，表面经冲击后，由于围观组织变化，表面硬度迅猛升高，从而表现出优异的耐磨性能。
随着表面的逐渐磨损，内部组织逐渐发生转变，使钢板表面持续拥有良好抗耐磨性能。
上海频开实业有限公司位于国内现有规模较大的钢材市场——乐从钢铁世界，主营产品有耐磨钢、高强钢、汽车大梁钢、冷轧高强车厢板、耐候钢、容器板、耐酸钢、中高碳钢等特殊材料，常备万吨库存，品种规格全，可代订期货。
是集原材料供应、加工、物流配送于一体的现代化企业。
ZGMn13Cr2衬板铸造工艺优化与质量改进
2019年第3期/第68卷工艺技术FOUNDR't, ZGMn13Cr2衬板铸造工艺优化与质量改进庞国柱，刘海滨，赵东胜，王太宇（本钢机械制造有限责任公司，辽宁本溪117000）摘要：铁矿球磨机用ZGMnl3Cr2高猛钢衬板在生产使用中有缩孔及裂纹等缺陷，严重影响了使用寿命。
分析了缺陷产生的原因，采取了相应工艺优化和质量改进措施，较好地消除上述铸造缺陷，衬板的成品率和使用寿命得到了明显提高，取得了较好的经济效益。
关键词：高镒钢；缩孔；裂纹；冷铁作者简介：庞国柱（1970-）,男，高级工程师，主要从事铸造企业的技术、生产管理和研发工作。
E-mail pgzl970@中图分类号：TG24文献标识码：A文章编号:1001-4977（2019）03-0303-04收稿日期：2018-06-12收到初稿，2018-11-22收到修订稿。
材质为ZGMn13Cr2的高锚钢衬板是本钢铁矿球磨机用重要耐磨部件。
由于铸件壁厚不均，而且成分是在传统高锚钢（ZGMn13）的基础上加入了金属锯，导致铸件更容易产生缩孔和裂纹等铸造缺陷。
我公司在首次生产过程中不但废品率高，质量不稳定，而且使用效果不好，使用寿命一般不足6个月。
因此，通过外购衬板保证生产，但外购衬板同样存在各类缺陷，且使用寿命也不能满足要求，直接对矿山生产造成一定影响。
本研究采取了一系列工艺优化和质量改进措施，最终生产出优质的ZGMnl3Cr2高镒钢衬板。
装机试验结果显示，这种衬板不但能满足了矿山生产的实际需要，而且有良好的经济效益。
1技术要求和结构特点1.1化学成分ZGMnl3Cr2高猛钢衬板的化学成分要求见表I。
1.2技术要求高¥孟钢衬板要求进行水韧处理，不允许存在裂纹、缩孔和缩松等铸造缺陷，且外形尺寸要求公差±2mm,螺栓孔中心距公差±2mm,对铸造精度要求相对较高。
1.3结构特点铸件最大壁厚120mm,最小壁厚60mm,属壁厚不均匀铸件。
高锰钢的性能特点及强化原理
材料冶金学》专题之一高锰钢的性能特点及强化原理1 概述自Hadfield 1882年发明高锰钢以来，至今已有100 多年的历史。
高锰钢一般是指含碳量为0 9%- 1 3%,含锰量为11 0%- 14 0%勺铸钢，即ZGMn 13。
此材料在1000〜1100C之间为单一奥氏体组织，为保持此组织,需高温淬火，即在1100〜1050C间的温度内立即水淬至常温。
经过处理后勺材料具备很好勺韧性, 受冲击载荷时发生表面硬化, 其具有很高的耐磨性, 故称之为耐磨钢。
因此高锰钢被广泛应用于机械制造、冶金、矿山、建材、电力和铁路等部门所使用的金属耐磨体，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板、破碎机颚板、铁道路岔等。
但由于此材料加工硬化快, 不易切削加工, 一般只限于铸造。
2 高锰钢的性能特点2.1高锰钢的机械性能高锰钢的铸态组织是由奥氏体、碳化物、珠光体和通常存在的少量磷共晶等所组成。
碳化物数量多时会在晶界上以网状出现，钢的性能很脆。
这种低塑性、低韧性的钢在铸态下是无法使用的。
但通过固溶处理（即水韧处理）后，在强冲击工况下它变成一种高强度、高塑性、韧性好、特别耐磨的材料。
其性能对比如表1：表1:高锰钢在铸态下和水韧处理后性能对比以上是高锰钢在常温下的各种机械性能，但具有奥氏体组织的高锰钢在加热时会发生组织转变，性能会发生很大的变化。
当温度超过125 C时，在奥氏体中开始有碳化物析出。
随着温度的提高析出量增加，钢的性能变脆，塑、韧性下降。
图1是高锰钢经1050C水韧处理后加热温度和延伸率的关系；图2 是化学成分为C1.12%, Mn 13.56%, Si0.63%, S0.012%,P0.092%, Ti0.06%的高锰钢，经水韧处理后加热到不同温度，保温5小时水冷后测得的冲击韧性。
图1加热温度与延伸率的关系图2加热温度与冲击韧性的关系从图中可以看出，再250 —300C时冲击韧性即下降，450—850C 时冲击韧性最低可降到19.61 —29.42 J/cm2。
试验十-特殊性能钢的组织观察与检验
实验十-特殊性能钢的组织观察与检验实验十特殊性能钢的组织观察与检验（验证性）一、实验目的及要求1.观察耐磨钢、耐热钢、不锈钢的显微组织特点。
2.了解耐磨钢、耐热钢、不锈钢所具有的特殊性能与化学成分、组织之间的关系。
3.了解相关检验方法和标准检验技术。
二、实验原理特殊性能钢是指加入了大量合金元素，使钢具有了一些特殊的物理性能和化学性能的钢，根据它们的性能特点，可分为耐磨钢、不锈钢、耐热钢、磁钢等（一）耐磨钢传统耐磨钢为ZGMn13俗称高锰钢。
高锰钢是在过共析钢中增加锰的含量（约11%〜14%）使Mn/C之比接近10/1,再经过水淬后得到室温单一奥氏体组织的钢。
在承受载荷和严重摩擦作用下，使钢发生显著硬化。
载荷越大，硬化程度越高，耐磨性能好。
如在静载荷下使用，它的耐磨性反而不高，因此适合制作承受剧烈冲击和在严重摩擦条件下工作的零件。
1、铸态组织由于机加工困难，一般铸造成型。
铸态组织应该为：奥氏体基体+少量珠光体型共析组织+ 大量分布在晶内和晶界上的碳化物。
(在高温时析出的碳化物在晶界呈网状或者局部呈块状；在较低温度析出的碳化物则在晶内呈针状、片状分布，或者以明显或不明显的渗碳体魏氏组织出现在在奥氏体基体上。
)碳化物较脆，一般不能直接使用。
2、热处理后的组织4般经过水韧处理。
水韧处理：将ZGMn13 铸件加热到高温(1000〜1100℃)保温一段时间，使铸态组织中的碳化物全部溶入基体奥氏体中，然后迅速淬水快冷使碳化物来不及从过饱和的奥氏体中析出，以获得均匀的单相奥氏体组织，这种处理称为水韧处理。
正常组织为过饱和的单相奥氏体，晶粒大小不均匀，也有少量均匀分布的粒状碳化物。
水韧处理后的碳化物有：未溶、析出、或过热碳化物。
3、铸造高锰钢的常见缺陷主要是分散分布的串状或串连成断续网状分布的显微疏松、气孔、非金属夹杂物及沿晶裂纹等。
4、铸造高锰钢的金相检验标准按照GB/T 13925-1992《铸造高锰钢金相》标准进行显微组织、碳化物、晶粒度和非金属夹杂物的评级。
《高强高塑性中锰钢组织和性能调控研究》范文
《高强高塑性中锰钢组织和性能调控研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对材料性能的要求越来越高。
中锰钢作为一种重要的金属材料，具有高强、高塑性的特点，在汽车、机械制造、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
然而，中锰钢的力学性能和塑性变形行为受到其组织结构的影响，因此，如何通过调控中锰钢的组织结构来优化其性能，成为了当前研究的热点问题。
本文旨在研究高强高塑性中锰钢的组织和性能调控，为相关领域的研究和应用提供理论依据。
二、文献综述近年来，国内外学者对中锰钢的组织结构及性能进行了大量研究。
其中，通过合金化、热处理、形变工艺等方法，可以有效地调控中锰钢的组织结构，进而改善其力学性能和塑性变形行为。
合金化是调控中锰钢组织结构的重要手段，通过添加合金元素如C、Si、Mn等，可以改变钢的化学成分，进而影响其组织和性能。
热处理和形变工艺也是调控中锰钢组织结构的有效方法，如淬火、回火、轧制、拉伸等工艺可以改变钢的晶粒尺寸、相组成和位错密度等，从而影响其力学性能和塑性变形行为。
三、实验方法本研究采用合金化、热处理和形变工艺等方法，对高强高塑性中锰钢的组织和性能进行调控。
首先，通过合金化方法，改变钢的化学成分，制备出不同成分的中锰钢试样。
其次，对试样进行热处理和形变工艺处理，观察其组织结构的变化，并测试其力学性能和塑性变形行为。
最后，通过扫描电镜、透射电镜等手段，对试样的组织结构进行观察和分析。
四、实验结果与分析1. 合金化对中锰钢组织结构的影响通过合金化方法，改变中锰钢的化学成分，可以发现，当钢中含有一定量的Mn、Si等元素时，能够形成高密度位错、细小晶粒的组织结构。
这是因为这些元素能够有效地促进晶粒细化、相变和位错增殖等过程。
此外，合金元素还能够提高钢的强度和塑性。
2. 热处理对中锰钢组织结构的影响热处理是中锰钢组织结构调控的重要手段之一。
通过对试样进行淬火、回火等处理，可以有效地改变其组织结构。
例如，淬火处理可以使钢中的奥氏体转变为马氏体等硬相组织，从而提高其强度；而回火处理则能够使硬相组织回火软化，提高其塑性和韧性。
ZGMn13高锰钢本构方程及仿真实验的研究
＠＠［１］何祝斌，初冠南，张吉，等．锻造技术的发展——从前８届国际塑性 加工会议看锻造技术的发展［Ｊ］．塑性工程学报，２００８，１５（４）：１３－ １８．＠＠［２］伍太宾．精密锻造成形技术在我国的应用［Ｊ］．精密成形工程，２００９， １（２）：１２－１８．＠＠［３］Ｋｒｕ（ｓ）ｉｃ Ｖ， Ａｒｅｎｔｏｆｔ Ｍ， Ｍａ（ｓ）ｅｒａ Ｓ， ｅｔ ａｌ． Ａ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｄｅｔｅｒ ｍｉｎｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ－ｔｏｏｌ－ｐｒｅｓｓ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｏｏｌｌｏａｄｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ ｃｏｌｄ ｆｏｒｇｉｎｇ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１１，２１１：３５－ ４２．＠＠［４］莫健华，郑加坤，古閑伸裕，等．伺服压力机的发展现状及其应用 ［Ｊ］．锻压装备与制造技术，２００７，４２ （５）：１９－２２．＠＠［５］华大年，华志宏．连杆机构设计与应用创新［Ｍ］．北京：机械工业出 版社，２００８：２０３－２０８．＠＠［６］陈春．尺寸误差对平面四杆机构运动精度的影响［Ｊ］．机械研究与应 用，２００５，１８（１）：４７－４８．＠＠［７］王海军，王君英．关节间隙对并联机床精度的影响规律研究［Ｊ］．中 国机械工程，２００７，１８（４）：４７１－４７５． 第一作者：杨莉，女，１９６２年生，副教授，主要研究方向为机械制造及其自动化。
２０１１－０４－２２ １１１０１８ＺＧＭｎ１３高锰钢本构方程及仿真实验的研究许立藤涛杨亮李波大连交通大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２８在有限元仿真中材料的本构方程对仿真结果有着重要的影响，利用压缩试验和分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆试验得到的数据推导出ＺＧＭｎ１３高锰钢的Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ本构方程中的参数，并依据此方程进行有限元仿真。
高锰钢 ；有限元 ；本构方程ＴＧ５０ＡＣｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｅａｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＺＧＭｎ１３ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔＸＵ ＬｉＴＥＮＧ ＴａｏＹＡＮＧ ＬｉａｎｇＬＩ Ｂｏ国家科技重大专项资助项目（２００９ＺＸ０４００１－０１１）式中：σ为ＶｏｎＭｉｓｅｓ稳定状态为Ｊ＠＠［ １ ］ Ｈａｏ Ｘｉａｎｇｙａｎｇ， Ｇａｉｎ Ｇｕｏｓｈｅｎｇ， Ｌｕ Ｆａｎｇｙｕｎ ，ｅｔ ａｌ． Ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｗｈｉｓｋｅｒ ＰＡ６６ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅｓ［ Ｊ ］． Ｐｏｌｙｍｅｒ， ２００５，４６：３５２８ －３５３４．＠＠［２］ Ｂｅｌｙａｅｖ Ｓ，Ｐｅｔｒｏｖ Ａ，Ｒａｚｏｖ Ａ，ｅｔ ａｌ． Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｃｋｅｌｉｄｅ ａｔ ｈｉｇｈ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｌａｄｉｎｇ［Ｊ］． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇ Ａ ，２００４，３７８ ： １２２－１２４．＠＠［ ３ ］ Ｌｉ Ｑｉａｎｇ，Ｘｕ Ｙ Ｂ， Ｂａｓｓｉｍ Ｍ Ｎ．Ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｕｒｅ ｔｉ ｔａｎｉｕｍ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００４， １５５ － １５６：１８８９－１８９２．＠＠［４］刘盼萍，尹燕，等．正火态５０ＳｉＭｎＶＢ钢Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ本构方程的建 立［Ｊ］．兵器材料科学与工程，２００９，３２（１）：４５－４９．＠＠［５］张晓晴，姚小虎，杨桂通，等．用于高强度材料的ＳＨＰＢ实验添加垫 块法［Ｊ］．实验力学，２００５，２０（２）：２７５－２８０．＠＠［６］Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｇ Ｒ， Ｈｏｅｇｆｅｌｄｔ Ｊ Ｍ，Ｌｉｎｄｈｏｌｍ Ｕ Ｓ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔａｌｓ ｔｏ ｌａｒｇｅ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｓｔｒａｉｎｓ ｏｖｅｒ ａ ｌａｒｇｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅｓ［ Ｊ］． Ｊ． Ｅｎｇ． Ｍａｔｅｒ． Ｔｅｃｈｎｏｌ ， １９８３，１０５：４２ －４７． 第一作者：许立，男，教授，硕士研究生导师，院长，主要从事难加工材料加工机理与高效刀具切削技术、机械装备优化设计及先进制造技术的研究。
ZGMn13钢水韧处理工艺研究与实践
ZGMn13钢水韧处理工艺研究与实践前言在机械制造业中，有大量的具体零件在服役过程中，需要很高的耐干性摩擦的磨损能力，例如：铁道工程中的道岔、破碎机械的锤头、颚板、挖掘机的铲齿、坦克、链轨拖拉机的履带板、推土机的推土板、高炮的防弹板，轧钢机械中的大量零件等。
为了提高零件的耐磨性，通常是增加钢中的含碳量，通过淬火工艺达到高硬度和形成大量的碳化物颗粒来抵抗摩擦磨损，另一种方法是通过合金化形成单相奥氏体，并利用加工硬化基本原理，显著提高硬度及耐磨性[1]。
本研究中针对河北理工大学的专利产品，轧钢机中心出钢口部件，进行工艺试验研究与应用。
1.试验仪器、设备、材料与方法1.1试验仪器、设备上海产4kw箱式电阻炉，上海产4x金相显微镜，吴忠材料试验机厂产150D洛氏硬度计。
图 1 一体套图 2 喇叭口1.2 材料与试验方法1.2.1 材料来源于昌黎新河铸业有限公司及秦皇岛市新奇精密铸业有限公司ZGMn13一体套，喇叭口，紊流套等铸件，形状如图1和图2所示。
1.2.2 试验方法利用固溶基本原理，采用水韧处理。
ZGMn13属于高碳合金特殊性能钢，钢的化学成分如表1所示。
表1 高锰钢的牌号、化学成分、力学性能和用途（摘自GB/T 5680--1988）[3]牌 号化学成分w ／﹪ 力学性能①（不小于）用途举例CMnSiS ≦P ≦ 其他ZGMn13-1 1.00~ 1.45 11.00~ 14.00 0.30~ 1.00 0.0400.090— — 635 20 ——适于铸造形状简单的低冲击耐磨件，如破碎壁、坤套、齿板、衬板、铲齿等ZGMn13-2 0.90~1.35 11.00~ 14.00 0.30~ 1.00 0.040 0.070 __ __685 25 147 300 ZGMn13-3 0.95~1.35 11.00~ 14.00 0.30~ 0.80 0.035 0.070 __ __735 30 147 300 用于结构复杂并以韧性为主的承受强烈冲击载荷的零件，如斗前壁、提梁和履带板等ZGMn13-4 0.90~ 1.30 11.00~ 14.00 0.30~ 0.80 0.0400.070Cr: 1.50~ 2.50 390 735 20 __ 300ZGMn13-50.75~ 1.30 11.00~ 14.00 0.30~ 1.000.0400.070Mo: 0.90~ 1.20特殊耐磨件，如自固型无螺栓磨煤机衬板等注：①力学性能为经水韧处理后试样的数值2.试验基本原理2.1 ZGMn13铸造后的组织与性能由于此钢含有大量的碳及锰元素，碳、锰元素是强烈扩大γ相区元素，他会使相图中A4点（N 点）上升，A3点（A 点）下降，S 点明显左移[2]。
改性高锰钢ZGMn13Cr2组织及性能研究
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 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 研 究了合金化高锰钢的显微组织、 力学性 能和耐磨性 。 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 化，
和形变孪 品相继生成 ， 从而产生高耐磨 的表面层 ， 而此 时内层 ２实 验 方 法 ． １ 试样 的制备 奥氏体仍保持着 良好 的韧性 。然而 ， 随着现代工业的发展， 普 ２
品 防水 涂 料 ３遍 。
（ ７ ） 挖孔桩砼浇筑完毕后 ， 确 定该 区域 内设 置集水井和排 位 ， 错 缝搭接 ， 增加附加层。
通过上述手段完成设计意图， 待雨季进行观测 ， 以查看其
效果。 ５结 论
目前设计考虑抗浮承载 力，依据地勘报告提供 的地下 水 位标高， 如地质勘探期间未发现地 下水， 则不考虑结构抗浮措 施， 施工期间持续降水 ， 不形成水压 力， 结构安全 。结构完成 图 ３集水井与盲沟布置
３ ４ ４ ７ ３ ． ７ ３ ４ ０ ５ ５ ． ６
２ ０ １ ． ５ １ ６ １ ． ２
１ １ ． ２ ５ ０ １
表 ４ 冲 击 磨 料 磨 损试 验 结 果
冲 击 萄 ｕ 试样类型 初 始 磨后 硬度增 磨损 耐磨 相 对 硬度， 硬度／ 量／ Ａ 量， 性／ １ ０ Ｘ 耐磨 ＨＢ ＨＢ ＨＢ ｍｇ ｍｇ ’ ‘ 性
（ ４ ） 将凿 除区域钢 筋暴 露出来， 每侧留绑扎搭接长度后剪
断。
（ １ １ ） 施工盲沟， 降水 。
（ Ｉ ２ ） 人工清理周边 ｌ ｍ 范围 内防水保护层， 将 防水卷材露
（ １ ３ ） 地基清理后， 浇筑开挖 区域 内砼垫层 。
ZGMn13Cr2RE强韧性高锰钢衬板在球磨机上的应用
Ｍｎ量 ， 使 奥 氏体 层 错 能 下 降 ， 高 高 锰 钢 的加 工 能 提
硬 化 能 力 ， １％～ ３ 取 １ １ ％Ｍｎ 。
以上 ， 而获得 高 的耐磨 性 。当其用 作磨 机衬 板材 料 从 时， 由于 受 到 的冲 击 力 有 限 ， 面 硬 度 较低 ， 现 出 表 表 耐磨 性不 佳 ， 高锰 钢 的潜 在 能力 不能 得 到充 分 发挥 。 为 了改 变 高锰 钢 耐磨 性 受 约 于 使 用 条件 的情 况 ， 几
经济 技术 效 益显 著 。
１ 化 学既要 有好 的韧性 又要 有很
好 的耐磨 性 。 我 国 ， 十年 来球磨 机 衬板 的材 质主 在 几 要 以高锰 钢 为 主 ， 于其 性 能稳 定 ， 全 可靠 ， 延 由 安 故 续 至今 。尽 管 中低 合金 钢衬 板 在 中小磨 机 上有 所 应 用 ， 因其 生 产工 艺 复 杂 ， 但 品质 不 稳 定 ， 用 十 分 有 应
术标准 ， Ｇ ｌ 在 Ｍｎ ３的基 础 上 ， 过 合 金化 和 改 变传 通
统 水 韧处理 工 艺 ， 发生 产 了 Ｚ Ｍｎ ３ ｒＲ 开 Ｇ ｌ Ｃ ２ Ｅ强 韧性
收 稿 １ ：０ ８ ０ — ４ ３期 ２ ｏ — ４ １ 文 章 编 号 ：０ ８ ０ ０ ２０—６
小 于 ８ ， 以说 ，ｒ可 以 占据 Ｆ ％ 所 Ｃ ｅ原子 的位 置 ， 成 形 连 续性 的置换 固溶 体 ， 晶格 发 生正 畸 变 ， 致局 部 使 导 晶格 能 量 上升 ， 明显提 高 钢 的综 合力 学 性 能 ， 提高 钢
自身 的设 备 、 艺状 况 ， 照 国内外有 关 高锰 钢 的技 工 参
的含量 小 于 ２ ％时 ， ｒ 钢 中起 固溶 作用 ，能提 高钢 Ｃ在 的淬 透性 和 塑性 。Ｃ 的原 子 半径 为 １ ８ Ａ， 结 构 ｒ ．５ 其 ２
提高高锰钢衬板(ZGMn13)耐磨性的试验研究
第 １ 期
提 高 高 锰 钢 衬 板 （ Ｇ Ｉ） 磨性 的试 验 研 究 Ｚ Ｍｎ３耐
２ １
分 范 围 ， Ｅ为微量 。 Ｒ
表 ２ 成分控制范围（ 量分数 ） 质 ％
（ ｃａ ｉ ｌ ｑ ｉ ￣ Ｍａ ｕ ｃ ｒ Ｃ ．Ｌ ．ｏ Ｍｅ ｎ ａ ｕ ． ｈ ｃ Ｅ ｐ ｎ ａｔ ｅ ｏ ｔ ｆ ｆ ｕ ｄ
Ｂ ｏ ｕＳ ｅ Ｇｏｐ ｏ ｒ． ａｔ １０ ０ ｅ Ｍ ｎｇｌ ｈｎ ） ａｔ ｔ ｌ（ ｒ ）Ｃ ｐ ，Ｂ ｏ ｕ０４ １ ，Ｎ ｉ ｏｇ ｏ，Ｃ ｉ ｏ ｅ ｕ ｏ ａ
３ ｇａ ｅ ｒ ｄ ｓ．Ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｌ ｎ ｂａ ｉｎ ｒｓｓ ｔｅ ｅ ｔｖ ｌ ｔｉ ｒｖ ｓｔ ｎ ｇ ａ ｒｓｏ ｉｔ ｆ ｃ ｅｙ． ｈ ｉ ｉ ｅ ａｎ ｉ
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｈ ｇ ｎ ａ ｅ ｅ ｓｅ ｌ ｂ ｒ ｓ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｉ ｈ ｍａ ｇ ｎ ｓ ｔ ｅ ；ａ ａ ｉｎ— ｒ ｓｓａ ｔ ｌｅ ａ ｉ ｅ；ｈ ａ ｒ ｔ ｎｔ ｅ ｉｔ ｎ ；ａ ｔｒ ｔ ｖ ｅ ｔ ｔ ｍｅ ａ ｅ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈ ａ ｅ ｎ ｌｚ ｓｔ ｅ ｉ ａｉｎ ｏ ｓｎ ｏ ｓ ｒ ｉｅ ｌｅ ｏ ｎ ｎ ｏ ｒ ｎ Ｏｒ ｔａ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒａ ａｙ ｅ ｈｅｒａ ｓｔ ｔｏ ｆｕ ｉｇ ｌｗ ｅ ｖｃ ｉ ｆｌ ｉ ｇｂ ａｄ ｉ ｅ— ｄ ｅ ｓｎ ａ ｔｏ ｏｏ ｔｅ ｌ ｕ ｆ ｉ ｒ ｓｉｇＰｌｎ ｆＢａ ｔｕ Ｓｅ ｌ
针对选 矿厂棒 磨机 四系列—— 强 冲击 高应力 接
触磨损 的实 际使用 状 况 ， 们 制定 如 表 ２的化 学 成 我
收 稿 日期 ：０ ７ ４— ５ ２ ０ —０ ２ 作 者 简 介 ： 岭 （９８ ， ， 高 １ ６ 一） 男 河北 省 丰南 县 人 ， 钢 工程 师 ， 炼 现从 事 电炉 炼 钢 技 术 工 作 。
《高强高塑性中锰钢组织和性能调控研究》范文
《高强高塑性中锰钢组织和性能调控研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对材料性能的要求越来越高。
中锰钢作为一种重要的金属材料，具有较高的强度和塑性，广泛应用于汽车、机械制造、建筑等领域。
然而，如何进一步优化中锰钢的组织和性能，提高其综合性能，一直是材料科学领域的研究热点。
本文以高强高塑性中锰钢为研究对象，重点探讨其组织和性能的调控方法及机制。
二、中锰钢的成分与组织中锰钢的成分主要包括铁、锰、碳等元素。
其中，锰元素的含量对中锰钢的性能具有重要影响。
中锰钢的组织主要由铁素体、渗碳体及其他合金相组成。
铁素体是中锰钢的主要组成部分，对材料的强度和塑性起着重要作用。
渗碳体和其他合金相的含量和分布则影响着材料的力学性能、耐腐蚀性能等。
三、高强高塑性中锰钢的组织调控（一）合金元素调控合金元素的含量和种类对中锰钢的组织和性能具有重要影响。
通过调整合金元素的含量，可以优化中锰钢的相组成和微观结构，从而提高其强度和塑性。
例如，增加锰元素的含量可以提高材料的韧性，而适量的碳元素则有助于提高材料的强度。
（二）热处理工艺调控热处理工艺是调控中锰钢组织和性能的重要手段。
通过合理的热处理工艺，可以优化材料的相组成、晶粒尺寸和微观结构，从而提高材料的综合性能。
常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。
（三）变形工艺调控变形工艺对中锰钢的组织和性能也具有重要影响。
通过控制变形程度、变形温度和变形速度等参数，可以改变材料的晶粒尺寸、位错密度和亚结构等，从而优化材料的力学性能。
常见的变形工艺包括轧制、锻造、挤压等。
四、高强高塑性中锰钢的性能调控（一）力学性能调控通过调整合金元素含量、热处理工艺和变形工艺等手段，可以优化中锰钢的力学性能，提高其强度和塑性。
例如，通过合理的热处理工艺，可以使材料获得较高的抗拉强度和屈服强度；通过控制变形工艺，可以提高材料的延伸率和冲击韧性等。
（二）耐腐蚀性能调控中锰钢的耐腐蚀性能也是其重要的性能指标之一。
ZGMn13性能 耐磨件资料
ZGMn13性能
锰钢破碎板浇铸后要通过水韧处理,水韧处理的操作大体上与淬火相同,即把铸造出来的锰钢破碎板加热到1 000～1 100 ℃后在水中快速冷却。
水韧处理后可以得到均匀的金相组织,并使金相组织固定下来,避免了在使用中自然发生相变而使性能变差。
锰钢的缺点是价格较贵,但从使用寿命、成本等方面总体考虑,ZGMn13 比白口铸铁使用寿命长、成本低。
Q345B是按钢的屈服强度等级来划分的.单从成分来看也算锰钢,但一般不怎么说.13锰钢应该是指的ZGMn13,是一种高锰钢,Mn 含量为13%,组织为奥氏体,而16Mn是指较高锰含量的优质碳素结构钢,这里的16指碳含量的万分之16,即含碳量=0.16%,锰含量=0.7--1.0%.
我国高锰钢铸件的国家标准(GB/T5680-1998)牌号有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5；
一、干法磨机耐磨件衬板锤头性能：
牌号：1、Mn13 2、Mn13Cr2 3、Mn13Cr2Ti
4、Mn13Cr2UTi
注：1号约8500元每吨2号约9000元每吨
3号约9500元每吨4号约12000元每吨
二、湿法磨机耐磨件衬板锤头性能：
合金牌号：40CrUMnSiReB使用寿命为Mn13的1.5倍
约8600元/T。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
改性高锰钢ZGMn13Cr2组织及性能研究
摘要：在传统高锰钢成分基础上添加铬钼等合金元素得到改性高锰钢zgmn13cr2，水韧处理后测定试验材料的力学性能和耐磨性能，分析磨损时间和冲击功对其加工硬化效果和耐磨性的影响。
结果表明，与zgmn13材料相比，改性高锰钢组织晶粒细小，硬度、韧性和耐磨性能明显提高。
静载荷固定磨料磨损条件下，随着磨损时间增加，合金化高锰钢的耐磨性是传统mn13的1.25倍以上；在2.0j的冲击功下，合金化高锰钢表现出较高的加工硬化效果，其抗冲击磨料磨损性能是传统高锰钢的1.4。
关键词：改性高锰钢组织力学性能冲击磨性
中图分类号：tg142.72 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）007-009-03
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。
动载荷冲击磨料磨损试验在
mld-10型冲击磨损试验机上进行。
冲锤质量10kg，选取的冲击功为0.5j，1.0j，2.0j和3.0j，对应冲锤落体高度为5mm、10mm、20mm和30mm。
上试样为试验材料，装机前预磨处理。
下试样为gcr15，经840℃油淬处理，硬度为hrc62～64。
试验时，下试样以200r/min 的速度旋转，上试样以200次/min的频率冲击下试样，磨料以
350ml/min的流量流入两试样之间。
磨料为鹅卵石，粒度为1～3mm，硬度为hv1237.0。
磨损时间为60min，磨损后用酒精清洗，采用精度为10-4g的tg-328型光电分析天平称重，将同样条件下3个试样磨损失重的平均值作为该材料的磨损量，每磨损10min取下试样经酒精清洗后测量磨损表面硬度。
3 实验结果及分析
3.1 力学性能分析
对传统的zgmn13衬板和改性高锰钢zgmn13cr2的力学性能进行分析，具体结果见表2。
可以看出，两种材料的初始屈服强度较低，既使是加工硬化后的zgmn13屈服强度也仅为420mpa左右，较使用前仅提高9.6%。
与zgmn13材料相比，改性高锰钢化学成分中锰碳比达到了8～9的最佳配比，使得热处理后高锰钢的硬度和冲击韧度达到良好的匹配。
具有较高的抗拉强度、冲击韧度和硬度，冲击韧度和硬度和加工硬化后的zgmn13接近。
改性高锰钢中添加的cr、mo、ti均能提高钢的淬透性，得到马氏体，而且形成的碳化物与基体形成共格后不易聚集长大，有强的二次硬化效应，因而具有较高的硬度。
表2 试验材料的力学性能
3.2 微观组织分析
图1是sem下zgmn13和zgmn13cr2的微观组织。
从图可以看出，zgmn13晶粒较为粗大，而改性高锰钢zgmn13cr2晶粒较为细小，与表2中其力学性能的提高相对应。
两种材质晶界上均无大块或连续的网状碳化物析出，表明已经过了良好的水韧处理；在晶内未发现任何弥散的碳化物析出。
改性高锰钢中的mo、ti是较强碳化物形成元素，降低了钢中碳活度，且其碳化物稳定不易长大，所以能细化晶粒。
图1 试验材料的微观组织
3.3 冲击断口形貌分析
图2是zgmn13和zgmn13cr2的冲击断口形貌。
从图中可以看出，在高锰钢断口中可以看到解理台阶和少量的韧窝，属于准解理断裂，冲击功67.3j；改性高锰钢断口形貌中有一些较大韧窝，并且在大韧窝的周围又分布着许多细密的小韧窝，其冲击韧性有了较大改善，冲击功大于145j。
冲击断口形貌分析与力学性能测试和显微组织形貌分析较吻合，改性高锰钢韧性提高的主要原因是合金元素对组织的细化作用。
图2 冲击断口sem形貌
3.4 磨损性能分析
本试验将传统高锰钢试样作为标准试样，其相对耐磨性看作
1.00，合金化高锰钢的相对耐磨性是其耐磨性与传统高锰钢耐磨性
的比值。
表3是静载磨损试验条件下的磨损试验结果。
结果表明，改性高锰钢的耐磨性提高了25%。
改性高锰钢耐磨性的提高是强碳化物形成元素cr、mo、ti增强材料强度的结果，而且基体良好的塑韧性也对增强析出相起到了较好的镶嵌保护作用，阻碍了磨损过程中裂纹的形成和扩展，这些因素综合作用的结果都有利于材料耐磨性能的提高。
冲击磨料磨损的试验结果见表4，由试验数据可以看出合金化高锰钢zgmn13cr2在冲击功较低的条件下其耐磨性相对传统高锰钢提高较低，在高冲击功条件下其耐磨性提高较多，冲击功为2.0j时，其耐磨性是传统mn13的1.40倍。
表3 试验材料的相对耐磨性
表4 冲击磨料磨损试验结果
根据表4中数据可绘制出试验材料的耐磨性与冲击功的关系，如图3所示。
由图可知，冲击功为0.5j时，试验材料的耐磨性差别不大。
而传统mn13由于初始硬度低，耐磨性最差。
随着冲击磨损的进行，奥氏体锰钢加工硬化效果不显著，抗冲击磨料磨损性能较低。
当冲击功为1.0j时，合金化高锰钢zgmn13cr2的耐磨性与0.5j 时基本没有变化，合金化高锰钢在低冲击工况条件下加工硬化效果弱，随着冲击功的增加，其加工硬化效果显著提高，抗冲击磨料磨损能力明显增加。
当冲击功增大到2.0j时，zgmn13cr2的耐磨性达到一个峰值，其耐磨性是传统mn13的1.40倍。
继续增加冲击功，其耐磨性有下降趋势。
图3 冲击功与耐磨性的关系
磨损60min后试验材料磨面硬度和冲击功的关系如图4所示。
由图4看出：随着冲击功的增加，传统mn13的硬度在1.0j以后增加缓慢，基本稳定在hb340。
而合金化高锰钢zgmn13cr2硬度增加幅度较大，在冲击功为2.0j时，其硬度达到最大值hb440，合金化高锰钢加工硬化效果显著。
图4 磨损60min后试样磨面硬度与磨损冲击功的关系
4 结论
（1）与传统高锰钢mn13相比，改性高锰钢zgmn13cr2的晶粒较为细小，材料的硬度和韧性得到提高。
（2）静载荷固定磨料磨损条件下，随着磨损时间增加，合金化高锰钢的耐磨性是传统mn13的1.25倍以上；在高冲击功（≥2.0j）时，合金化高锰钢表现出较高的加工硬化效果，其抗冲击磨料磨损性能是传统高锰钢的1.4。
参考文献：
[1] 谢敬佩，李卫，宋延沛，等.耐磨铸钢及熔炼[m].北京：机械工业出版社，2003.
[2] 赵金山.zgmn13cr2re强韧性高锰钢衬板在球磨机上的应用[j].材料工艺，2008（4）：36-38.
[3] 贾玉丰，谢敬佩，王文焱，等.热处理对zg42cr2mnsimore
钢组织与性能的影响[j].铸造技术，2009，30（7）：868-870. [4] 贾玉丰，谢敬佩，王文焱，等.热处理工艺对高强韧耐磨铸
钢组织与性能的影响[j].金属热处理，2009，34（12）：27-31.
[5] 杨杨，孙玉福，赵靖宇，等.nb对zg45cr2mnsimon组织和性能的影响[j].铸造技术，2008，29（1）：49-52.
[6] 李树索，陈希杰.超高锰钢加工硬化及耐磨性的研究[j].钢铁研究学报，1997，16（4）：38-40.
[7] 懂仕节，卢宗津，毛致远.高速氧化铝粒子冲蚀下高锰钢的磨损特性[j].机械工程材料，1997，21（1）：18-21.
[8] 吕宇鹏，李士同，陈方生，等.变质超高锰钢的冲击磨料磨损行为研究[j].金属学报，1999，35（6）：581-584.
[9] 张增志.耐磨高锰钢[m].北京：冶金工业出版社，2002.
[10] 付高杰，王国营，王志宏，等.改性高锰钢板锤和锤头的研制[j].水泥工程，2003（4）：44-45.。