高锰钢细化晶粒
锰元素镀层细化晶粒
锰元素镀层细化晶粒锰元素镀层细化晶粒，是一种常见的表面处理技术。
随着现代工业的发展，表面处理技术的需求也越来越大，因此，了解和掌握这种技术非常重要。
一、锰元素镀层的特点锰元素镀层以其细化晶粒的优点而被广泛采用。
它可以提高材料的硬度、强度、抗磨损性和抗腐蚀性等，进而增加材料的使用寿命和性能。
同时，锰镀层还可以提高材料的导电性、热稳定性等。
由此可见，锰元素镀层是一种非常有效的表面处理技术。
二、锰元素镀层的制备锰元素镀层的制备过程通常包括以下几个步骤：1.清洗材料表面首先需要仔细清洗材料表面，以去除表面的灰尘、油脂等杂质。
2.打磨处理对于需要一定平整度的材料，还需要进行打磨处理，以确保表面光洁度。
3.活化处理接下来需要对材料表面进行活化处理，以确保材料表面的稳定性。
4.电镀处理然后将材料浸入含有锰盐的电解液中，将阳极与材料相连接后通电进行镀层。
在电镀过程中，通过对电流密度、电解液温度、电解液中浓度的控制，可以调节镀层的厚度和晶粒尺寸。
一般来说，电流密度越高、电解液浓度越高，镀层的厚度和晶粒尺寸就越大。
5.清洗处理最后，需要将镀层材料进行清洗，以去除表面残留的电解液和其他杂质。
三、应用范围锰元素镀层广泛应用于不锈钢、铜材料、镍材料等表面处理上。
通过锰元素镀层，可以有效地提高材料的耐蚀性、硬度和抗磨损性等。
它适用于汽车、机械、航空航天等领域。
总之，锰元素镀层是一项非常重要的表面处理技术，它可以提高材料的性能，延长使用寿命，广泛应用于各个领域。
对于从事相关领域的人员来说，掌握这种技术非常有必要。
高锰钢晶粒大小与力学性能的关系
高锰钢晶粒大小与力学性能的关系
尉小明;卢小周;张建国
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2005(026)004
【摘要】大量试验数据表明,高锰钢晶粒度级别在00级至3级左右范围内时,晶粒大小对其力学性能如抗拉强度Rm、伸长率A和冲击值aKU2的影响并不明显.因此,有必要对采用细化高锰钢晶粒来提高高锰钢整铸辙叉使用寿命的可行性和实效性作进一步探讨.
【总页数】3页(P17-19)
【作者】尉小明;卢小周;张建国
【作者单位】中铁宝桥股份有限公司,宝鸡,721006;中铁宝桥股份有限公司,宝鸡,721006;中铁宝桥股份有限公司,宝鸡,721006
【正文语种】中文
【中图分类】TG15
【相关文献】
1.Ti对S45CVMn非调质钢晶粒大小和力学性能的影响 [J], 廖书全;周小明;孟羽
2.V对20MnSi（V）螺纹钢晶粒大小及力学性能的影响 [J], 张真成;岳志毅
3.铈对镁合金AZ31晶粒大小及铸态力学性能的影响 [J], 张世军;黎文献;余琨
4.钇对AZ91镁合金晶粒大小显微组织及力学性能的影响 [J], 许春香;吕正玲
5.激光冲击高锰钢的微观组织与力学性能 [J], 孟帅;崔承云;陈凯;赵恺
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改性高锰钢ZGMn13Cr2组织及性能研究
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）007-009-031 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℃。
晶粒细化对高锰钢低温脆性的影响
晶粒细化对高锰钢低温脆性的影响微合金化高锰钢的水韧处理工艺(图2)与普通高锰钢有些不同,因含合金量较多的高锰钢导热性差.所以开始升温阶段不宜过快(控制在5o℃/h左右为宜),防止出现裂纹.当钢的含碳量高时,高温阶段(1050~l1..℃)的保温时间适当长些.以便使碳化物充分熔解^,一划赠^,一赠到奥氏体中.因碳化钒和钛在钢中难熔,所以加V,Ti高锰钢宜采用先退火后水韧的处理工艺,可以得到奥氏体基体上分散的粒状碳化物,以提高钢的耐磨性.经这样处理的高锰钢使用在选矿设备上的耐磨性提高1.5～2倍.时问(h)^,一瑙赠i3IJ\入水lll.由2加铬高锰钢(a),加铬氦高锰钢(b),加钒钛高锰钢(c)的水韧处理工艺4结语(1)经生产实践证实,高锰钢微合金化可有效地改善钢的结构和组织,提高机械性能,延长使用寿命,可得到明显的经济效益.(2)如何结合国情,选择我国富有资源对高锰钢进行质优价廉的合金化乃是一个很有意义的研究课题.参考文献l茅洪祥,李桂芳.武汉钢铁学院,1994,17(1);25时问(h,李桂芳,徐修身.矿山机械,1994(7)117.章开宁.铸造技术,1982(3)50陈希杰.矿山机械,1975(4):54袁献文.矿山机械,1980(4):48攀钢研究院钢铁钒钛,1978(1～2):1许传才.铸造技术,1984(2):32李桂芳,茅洪祥.宁夏机械,1988(3～4)15茅洪祥,程常桂.特殊钢,1997,18(5);30收稿日期:1997年6月23日晶粒细化对高锰钢低温脆性的影响*辽宁工程技术大学(阜新市123000)/1(【摘要】通过系列冲击试验,研究了晶粒细化对高锰钢低温韧性的影响,结果表明:细化晶粒处理可使高锰钢韧雠ZGMnl3TheEffectofFineGrainonLowTemP-eratuB嫩rittlensZGMn硝13S【关键词】低温脆性品粒细化.;=l,,fflJCn—_—??—-__—--—一,v,v.'L'^I',1_Yl,'Uo[Abstract]TheeffectoffinegrainonlowtemperaturetoughnessofZGMnI3steelisstudiedby seriesimpacttest.T.heresuhshowthatthetoughnessofZGMnI3steelincreasesandit'sbrittletransitiontemperatu redropsowingtothefinegrain,andthefinegraincanreducesthetrendoftoughnessreductionarisenfromthe workhardening.[Keywords]ZGMnl3lowtemperaturebrittlenessfinegrain1引言高锰钢(ZGMn13)作为一种优良的耐磨钢,广泛用于制造承受冲击磨损的零部件,如挖掘机斗齿,履带板及坦克履带板等.据在阜新海州露天矿及抚顺西露天矿调查,失效的挖掘机履带板中有4O是因脆性断裂所致;斗齿也有部分因脆性断裂而失效,而这些脆性断裂大多发生在冬季.因此,高锰钢零件的低温脆性断裂不容忽视.以前,关于高锰钢低温脆性的研究多着重于其冷脆机理],而对如何提高高锰钢低温韧性以减少高锰钢零件脆性断裂的研究却很少.为此,本文就晶粒细化对高锰钢低温脆性的影响进行了研究.一28—2试验材料及方法试验用ZGMn13钢的化学成分(wt%)为:0.97C,0.497Si,14.00Mn,0.0593P,0.056S,余为Fe.系列冲击试样采用标准梅氏试样l其加工硬化试样是热处理后采用在缺口处进行模压的方法使缺口周围形成硬化区.热处理工艺如图1所示.冲击试验在JB一30A型冲击试验机上进行,采用干冰,液氮加酒精作冷却介质.微观断口形貌观察采用JEM—IOOCX型扫描电镜.煤炭科学基金资助项目-男,3l岁,硕士,机械一系,讲师.《热加工工艺》6/1997∽^瑙赠^V赠时间(h)时间(h)(a)水韧处理(b)细化晶粒处理图1热处理工艺曲线3试验结果及分析高锰钢经图la工艺水韧处理后,组织比较粗大,晶粒度在1级左右;采用图lb工艺细化晶粒处理后,晶粒度达到3～4级.后者细化晶粒的原理如下:第一阶段在500～550℃保温,使奥氏体分解,析出珠光体,为下阶段奥氏体提供了大量结晶核心;第二阶段与水韧处理没有大的差别,只是为了防止晶粒再长大,保温温度略低.图2是系列冲击试验结果.细化晶粒试样的冲击值与水韧试样冲击值相比明显提高,常温下由水韧态的159.99J/era提高到细化晶粒态的184.68J/cm,提高了l5l而且随着温度降低提高幅度越大.韧脆转化温度(采用能量法取0.4a一所对应的温度作为韧脆转化温度)由水韧态的一8O'C降低到一95℃,下降了l5℃. 细晶硬化态试样冲击值较未硬化的细晶态试样明显降低,但其降低幅度与水韧硬化态试样相比较.下降幅度减小.说明细化晶粒不仅使高锰钢韧性提高,而且使由于加工硬化引起高锰钢冲击韧性降低的幅度减小.△细化态▲细晶硬化态.水韧态▴水韧硬化态冲击温度(℃_)图2系列冲击曲线对断口形貌的观察发现,水韧态试样冲击断口由常温下的韧窝断I:I,在一7o℃时已转变为沿晶断I:I(图3),而细化晶粒试样在一7O℃下冲击时,断口基本是韧窝断口,一120"C下冲击时,才出现明显沿晶断口(图4).显然,细化晶粒将材料的韧性状态推向了更低的温度.4结论研究结果表明:细化晶粒处理可使高锰钢韧性提高,低温韧性提高幅度更大,同时可使由于加工硬化引起的韧性下降幅度减小l细化晶粒处理是提高高锰钢韧性,降低韧脆转变温度,减小加工硬化对韧性损害程《热加工工艺》6/1997度的有效措施.图3水韧态试样20℃(a),一70C(b)冲击断口形貌图4细晶态试样一70C(a),一120C(b),参考文献1柴寿森.奥氏体Fe—Mn合金的低温脆性.金属,1988, 24(1),252石德珂.刘海军.高锰钢的断裂特性,兵器材料.科学与工程,1989(3):123陈希杰.高锰钢.北京:机械工业出版社,1989收稿日期:1997年5月23日一一29—。
高锰钢定义分类性能及特点
一、什么是高锰钢？我国与美、日、俄等国的典型高锰钢技术标准比照如何，用吸铁石能鉴别高锰钢吗？标准的高锰钢（Mn13）又叫哈德菲尔德钢，是英国人Hadfield于1882年发明的。
我国关于高锰钢的标准可查国家标准（GB/T5080-1998），与国外主要发达国家的比照如下：用吸铁石鉴别高锰钢是利用高锰钢无磁性的特点，但现实中有很多材料如部分不锈钢、耐热钢也无磁性，中锰钢、超高锰钢均无磁性，所以用此法鉴别是不可靠的。
比较简单的鉴别方法是技术人员或现场经验丰富的老师傅用火化兼备法，当然最根本的办法还是请专业部门化验分析，以免错判。
注：各国高锰钢都不是一个牌号，而是一个系列的统称。
二、高锰钢具有什么样的特性？它的抗磨机理是什么？为何至今仍有巨大的生命力？高锰钢在抵抗磨损的同时，由于其极强的韧性，因而抵抗剧烈冲击负荷，其安全性、可靠性是其他材料无法相比的。
高锰钢在承受剧烈冲击或接触应力下，其表面会迅速硬化，而芯部仍保持极强的韧性，这种外硬内韧既抗磨损又抗冲击的特点是极其有利的。
且表面受冲击越重，表面硬化就越充分，耐磨性就越好。
表面被磨损后，次表面又被硬化，因而这一性能优势便被广泛应用于矿山、冶金、军工、建材、铁路、电力等重要环境。
100多年来至今没有有效的替代材料。
随着现代技术的进展，高锰钢的相关潜力不断被发掘，目前已被应用于如“磁悬浮列车”、“凿岩机器人”、“新型主战坦克”等领域。
随着“原位增强”等一系列新技术的成功应用，高锰钢将表现出更优越的抗冲击抗磨损特性，其材料综合性价比的优势将更为突出，故耐磨材料界美其名曰“不朽的耐磨材料”。
三、高锰钢的特点和局限性是什么，错误的选材将会给生产带来什么样的不利影响？由于高锰钢自身硬度很低（HB170-230），在未硬化时耐磨性是极其有限的，其在剧烈冲击下表面迅速硬化而呈现出优良的抗磨性，但如果高锰钢件表面所承受冲击力不足（如小磨机衬板、小破碎机锤头等），则表面不能充分硬化（充分硬化后表面硬度可达HB550以上，反之则在HB350以下）则耐磨性无从发挥，而呈现出不耐磨的状况。
生产高锰钢的知识梳理
生产高锰钢要知道的知识梳理1奥氏体耐磨高锰钢的两个重要特性奥氏体耐磨高锰钢的两个重要特性是优异的加工硬化能力和高的冲击韧性，经强烈冲击变形后，其表层硬度可从HB170-230提高到HB500-800，而硬化层内侧仍保持为高韧性的奥氏体组织。
因而不仅具有良好的安全可靠性，而且具有较高的抗冲击磨料磨损的能力。
高锰钢在高冲击负荷作用下才能表现出最佳的耐磨性，在此情况下要有良好的冲击韧性。
因此被广泛应用于冶金、矿山、建材、电力和铁路等部门所使用的耐磨件上，如挖掘机铲齿、球磨机衬板、锤式破碎机锤头及衬板、拖拉机履带板和铁路道岔等。
2标准型奥氏体高锰钢标准型奥氏体高锰钢的主要化学成分是碳和锰，经水韧处理后可以获得单一的奥氏体组织。
高锰钢中锰的主要作用是稳定奥氏体组织，在钢中扩大Y相区。
钢中含锰量的选择，主要决定于工况条件、铸件的结构尺寸等几个方面的因素。
厚壁铸件为保证热处理时不致析出碳化物，一般锰的含量高些。
用于强烈冲击条件的高锰钢铸件，含锰量应该高些。
含锰量一定时，适当提高含碳量可以改善耐磨性，但是含碳量超过1.5%时，对耐磨性的影响则不明显。
而且提高含碳量在改善高锰钢耐磨性的同时，会明显降低材料的冲击韧性。
高锰钢在高冲击负荷作用下才能表现出最佳的耐磨性，在此情况下要有良好的冲击韧性。
因此，为了使高锰钢具有较好的耐磨性和冲击韧性的配合，含碳量不宜过高。
M/C=10，可得到较好的强韧性配合。
3高锰钢的不适应性高锰钢优异的耐磨性是建立在加工硬化的基础上，需要在高应力下才能充分加工硬化，但就耐磨件工作条件而言，高应力工况不足，绝大部分都是在中低应力状态下工作，因而高锰钢不易被加工硬化，耐磨性不能充分发挥。
在固溶处理后的水淬过程中受冷却速度的限制，容易析出脆性碳化物，引入脆性相，对于厚大断面工件，心部常常出现碳化物，从而降低使用性能；寒冷条件下使用的高锰钢常出现脆断现象；在高温或湿磨的条件下腐蚀磨损；在铸造过程中，晶界出现碳化物。
关于高锰钢性能的研究
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
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细晶化在高锰钢铸件生产中的应用
细晶化在高锰钢铸件生产中的应用郭儒欢提要：根据Hall-Pitch关系，即金属材料的屈服强度与晶粒尺寸的平方根成反比，表明通过细化晶粒可以使钢的强度成倍增加。
本文着重从生产实际，通过细化晶粒的方式来改善高锰钢件的力学性能。
关键词：高锰钢细化晶粒新工艺提高高锰钢是历史最悠久的一种耐磨材料，它是由英国的Robert Hadfield研制，于1883年获得英国专利。
一百多年来，高锰钢的成份范围没有任何大的改变。
目前材料界研究的主导方向之一就是细晶化，力图通过细化晶粒来改善高锰钢的力学性能，拓宽高锰钢的应用范围，延长高锰钢产品的服役期，从而达到节省资源及社会经济可持续发展的目的。
通过多年生产实践，本着控制生产成本、简化生产工艺的原则，我们采取了以下措施来改善高锰钢的力学性能，提高高锰钢产品的使用寿命。
一、加入微量合金元素高锰钢的热导率比碳钢低得多(仅为中碳钢热导率的1/3~1/2)。
由于热导率低，使得钢液凝固缓慢。
在钢的凝固过程中，树状晶长得粗大，很容易长成条状的柱状晶。
在厚大断面情况下，特别是在铸型导热性不良时，可能出现穿晶（粗大的柱状晶粒贯穿整个断面）。
如果外力作用和柱状晶生长方向一致，严重的会引起断裂和破碎。
为此，我们的做法是：加入钒、钛合金元素作生核剂。
钒、钛的碳化物和氮化物的颗粒细小，成弥散状悬浮在钢液中。
它们的熔点远高于钢液温度，能保持长时间不被熔化。
并且这两种元素的碳化物和氮化物与高锰钢的结晶相具有相同的晶格类型，晶格常数也相近，因此在高锰钢的结晶过程中能起到外来核心的作用。
故能明显细化晶粒。
晶粒细化能使位错密度增加，而高锰钢加工硬化的基础就是位错，位错密度增加，促使加工硬化能力提高。
另外，少量的高硬质点（TiC、TiN、VC）在钢中弥散分布，能增加高锰钢抗磨料磨损能力。
加入时采取炉前加入的方式，即先将敲碎的钒、钛合金颗粒预先放入钢水包内，用钢液流冲化。
这种方式的利用率最高，并且各种试验结果显示钒、钛结合使用，高锰钢的性能提高更明显。
高锰钢抗磨性提高的方法
高锰钢抗磨性提高的方法摘要:采用细化晶粒和沉淀硬化的方法来提高高锰钢抗磨性。
关键词:高锰钢抗磨性细化晶粒沉淀硬化对于承受较大冲击负荷的磨粒磨损条件下,通常采用奥氏体锰钢。
因为这种具有高的韧性和高的应变硬化能力,在高冲击载荷下具有高的耐磨性。
适宜制作具有抵抗凿削磨损的耐磨件。
但在很多磨料磨损的情况下,如高锰钢齿板、碎煤机环锤、衬板未能表现出较高的抗磨粒性能,甚至还出现了早期失效。
为此,本工作采用细化晶粒和沉淀硬化的方法来解决这个问题,提高奥氏体锰钢的抗磨性,适应工况条件的要求。
1、实验内容采用两种实验方案:细化奥氏体晶粒,以提高奥氏体锰钢的强韧性;进行沉淀硬化处理,进一步强化锰钢基体,改善屈服强度,获得弥散分布的碳化物组织,提高抗磨性。
1.1 细化晶粒ZGMn13钢的化学成分如表1所示。
快速循环热处理工艺:用基尔试块制作金相及夏氏冲击试样,用梅花试样制作拉伸试样。
其热处理工艺如下表2所示。
通过快速循环热处理,可使高锰钢奥氏体晶粒获得细化。
显微组织的观察表明,阶梯加热,循环加热和交替加热等三种热处理方法,均可获得比普通水韧处理细得多的奥氏体晶粒。
图1为循环热处理后的组织,晶粒度为6-8级。
图2为普通水韧处理的组织,晶粒度1-3级。
1.2 沉淀硬化处理在原循环热处理工艺基础上,分别进行低温和中温长时间失效,温度为350℃、450℃和540℃,时间为6小时,8小时和10小时,通过不同工艺处理后,得出下列结果。
其工艺方案如表3所列。
机械性能如表4所列。
(如表3) 高锰钢在细化奥氏体晶粒后,再经过450℃×8小时的失效处理,使其碳化物不论在晶内或晶界都达到了弥散分布,而且呈粒状。
而经1080℃×3小时固溶,再经过450℃×8小时失效的高锰钢,则未能得到弥散分布的碳化物,并且碳化物呈块状、针状、且聚集于晶界附近。
通过比较可以看出,高锰钢细化晶粒后,进行沉淀硬化处理,可以得到比较满意的奥氏体+弥散分布的细粒状碳化物组织。
高锰钢铸件生产工艺汇编 (2)
1、铸型工艺（自硬砂）传统工艺1）砂工艺高锰钢液呈碱性，用石英砂生产易粘砂，要采取相应措施解决。
(1)水玻璃石英砂：石英砂：40/70目l00％；水玻璃5％-7％；膨润土4％-5％；碳酸钠0.2％-0.4％。
(2)柴油：2.0％（提高砂的流动性，防止粘砂）。
采用二氧化碳或液化气烘干硬化；刷镁砂粉快干涂料，防止高锰钢粘砂。
(3)镁橄榄石砂：镁橄榄石耐火度1910℃，莫氏硬度6-7级，膨胀系数比石英砂小，且均匀膨胀，无相变，不含游离SiO2，不与Fe、Mn的氧化物反应，有较强的抗金属氧化物的侵蚀能力，是高锰钢理想的面砂。
(4)石灰石砂：石灰石砂1970年问世，也叫70砂，优点是馈散性好，落砂清理容易，铸件表面光洁，消除职业性矽肺病；缺点是发气量大，型砂强度低。
因此要求造型和制芯作到“硬、光、通、净”四原则，即：①砂型、芯应紧实，用A型表面硬度计测定，硬度值大于50：②造型时要修光刮平，使边角情晰；③多开出气道，并要贯穿畅通；④铸型要硬化良好，如有松、掉砂必须报废；⑤铸型浇注合箱前，型腔要光洁干净。
(5)对于中小型壁厚小于40mm的薄壁件，也可采用粘土砂。
(6)有的中小型工厂仅采用2％～3％的水玻璃砂，用二氧化碳气硬化，背砂用4号河砂，生产200公斤以下的破碎机颚板，也不粘砂。
1）涂料的配制(1)快干涂料：先将松香溶于无水酒精中，形成松香酒精溶液，再将镁砂粉陶土混入，建议用200～320目细镁砂粉。
(2)水基镁砂涂料：将镁砂粉、陶土按比例配好，在混砂机中干混10分钟，加水柏油混4小时20分钟，再分批加入清水混碾1小时30分钟，碾成膏状，装入铁桶内加少量清水复盖，如室温超过24度，涂料超过24小时，易发生水化，将重新回混碾3小时。
2、高锰钢铸件（传统铸造）浇注系统的设计（1）高锰钢线收缩率：小件2.4％～3.2％，大件2.0％～2.5％。
在砂型铸造条件下一般铸造线收缩率(缩尺)选择2.5％～2.7％，不同铸件不同部位不同方向线收缩率不同。
高锰钢强化研究综述
高锰钢强化研究综述高锰钢作为一种抗冲击耐磨材料广泛应用于冶金矿山、煤炭、电力等行业。
高锰钢是一种延性耐磨材料，冲击韧性很高，室温下高达a ku276.6。
“屈强比”较低，R el334～409MPa，Rm607～980MPa,有很强的应变硬化能力。
但在未充分硬化前，其耐磨性能并不高。
影响其磨损能力的因素主要是应变硬化能力和机械强度。
简单的说硬化性能好和机械强度两个因素保证表层硬度高而内层金属韧性，塑形好，类似调质钢，具有良好的综合力学性能。
应变硬化又叫加工硬化或形变强化，是材料重要的力学行为之一。
金属对塑形变形的抗力是随变形量的增加而增加的。
流变应力随应变的增加而增加的现象就是应变硬化。
塑形变形会使金属的强度性能（屈服极限、硬度、强度极限、弹性模量）等提高，而塑形性能降低。
加工硬化性能好有利于耐磨性的提高，体现在如下三个方面：硬化层表面硬度高，硬度提高快；有利于提高硬化层厚度；有利于提高屈服强度（Rel）和抗拉强度(Rm)。
硬化层表面的硬度提高和Rm、Rel 等力学性能的提高将直接促进耐磨性的提高。
应变硬化指数n是指因塑性变形引起的硬度和强度增加的度量。
n值的物理含义是材料均匀变形的能力。
n值大材料不易进入分散失稳，材料应变强化的能力强（即把变形从大应力处向小应力处转移的能力），n值隐含的物理意义是整个变形区域上应变分布的均匀性。
高锰钢加工硬化理论有孪晶硬化，位错硬化，Fe-Mn-C原子团硬化，马氏体硬化等。
将在后文结合强化理论阐述。
提高机械强度冲击韧性提高，抗冲击性能提高，在强烈冲击载荷下不会断裂。
另外疲劳强度（σ-1）提高，抗疲劳剥落能力提高，这促进高锰钢产品的寿命。
各种提高锰钢耐磨性研究工作开展的基础就是在提高某一性能的同时，最好亦能提高另一性能，但至少不损害或降低另一性能。
但是有学者根据使用工况不同，做了不同方向的研究。
如非强烈冲击载荷工况下的中锰钢，降低锰、碳含量，使奥氏体稳定性降低，而使加工硬化性能提高，但机械强度的不可避免降低。
钨对高锰钢显微组织和冲击韧性的影响
··高锰钢因为具有较高的韧性和良好的加工硬化性能，而广泛应用于冶金、建材、电力、建筑、煤炭工业等高冲击磨料磨损工况[1]，但在工业生产和应用实践中发现，高锰钢铸件晶粒易粗大而影响韧性和耐磨性，有时韧性不足难以抵抗强烈的冲击而使得高锰钢件早期断裂失效。
为解决铸造高锰钢件晶粒易粗大、韧性不足以及耐磨性不够的问题，国内外从不同方面开展了系列研究开发工作，其中合金化是主要研究方面之一。
目前关于Mn 、Cr 、Mo 、Ni 、Nb 、V 、Ti 、RE 等元素对高锰钢影响的研究已有许多报道，并不同程度用于指导生产[2-5]，有人研究过钨对中锰奥氏体钢耐磨性的影响[6]，但是关于钨元素对高锰钢影响的研究较少。
本文重点探讨W 对铸造高锰钢晶粒、碳化物、硬度和冲击韧性的影响，为含W 高锰钢的研究开发与生产应用提供参考。
1试验材料和方法试验用高锰钢化学成分见表1。
试验用钢在500kg中频感应电炉中熔炼，在砂型中浇注标准Y 型试块。
试块在高温箱式电炉中加热，1100℃保温2h 后进行水韧处理。
从水韧处理后的Y 型试块上切去金相试样和冲击试样。
廖畅1，2，李卫1，2，刘晋珲1，2，刘英1，2（1.暨南大学材料科学与工程系，广东广州510632；2.暨南大学广东高校耐磨材料与功能材料工程技术研究中心，广东广州510632）摘要：采用金相显微镜、扫描电镜、电子探针、力学性能检测等手段，研究合金元素W （0~1.460%）对高锰钢显微组织和冲击韧性的影响。
试验结果表明：随着合金元素W 的增加，高锰钢的晶粒减小；高锰钢的基体硬度提高；高锰钢中析出少量以W 为主要合金元素的碳化物；高锰钢冲击韧性先增后降，当含W 量为0.912%时高锰钢的冲击韧性最高，达到329.9J/cm 2，比不含W 的高锰钢约提高了49%。
这是W 元素的细晶作用、固溶强化和碳化物析出综合作用的结果。
关键词：钨；高锰钢；冲击韧性；显微组织中图分类号：TG142.72文献标识码：A 文章编号：1001-4977（2011）04-0390-04LIAO Chang 1,2,LI Wei 1,2,LIU Jin-hui 1,2,LIU Ying 1,2（1.Department of Materials Science and Engineering,Jinan University,Guangzhou 510632,Guangdong,China;2.Guangdong Colleges Engineering and Technology Research Center of Wear Resistant Materials and Functional Materials,Jinan University,Guangzhou 510632,Guangdong,China ）钨对高锰钢显微组织和冲击韧性的影响Effect of W on Microstructure and Impact Toughness ofHigh Manganese Steel基金项目：广东省科技计划重大专项项目（2009A080304010）；广东省教育部产学研结合项目（2008B090500202）。
目前高锰钢现状及未来发展方向
老树新枝高锰钢——昨天与今天篇2009-8-5 16:16:22上一个板块共五讲，朋友们以急行军的速度，了解了耐磨材料的一些基本知识。
有朋友问：什么时候开讲钢球、衬板、锤头等具体产品？栏主摆摆手:别急，那是第三板块的内容。
自然科学有其内在规律，拔苗助长则欲速不达。
咱们不妨先打好基础，循序渐进。
本讲为第二板块：五大典型耐磨材料介绍首讲-高锰钢。
高锰钢也叫哈德菲尔德钢。
它是英国人R.A.Hadfield教授于1883年发明的性能优良的耐磨钢，属Fe-Mn-C系奥氏体锰钢，经典高锰钢公称锰含量为13%。
ISO国际标准牌号为GX100Mn13，我国国标为ZGMn13系列，德国DIN标准为G-X120Mn13，俄罗斯国家标准为110Г13Л等。
高锰钢诞生至今120多年的漫长岁月里，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损，以其独特的“愈压愈坚”性能，在一个多世纪的耐磨材料领域里处于当仁不让的主角地位。
进入21世纪，信息大潮浩浩荡荡，高锰钢非但没有被其它钢种所取代，发展速度更快，已成为磁悬浮列车、新型主战坦克、矿山机器人等先进装备中的首选耐磨材料。
今日广义的高锰钢含锰量已拓宽至中锰钢、超高锰钢。
栏主有幸于2007年成为我国高锰钢最新国标修订者之一。
是年，在美丽的广州暨南大学，委员们抱着瞄准国际先进水平、对我国高锰钢行业负责的认真态度热烈讨论，最后正式将我国高锰钢更名为成分范围更宽、标准更高、更能体现时代科技与国际接轨的“奥氏体锰钢”。
遥想当年，栏主1983年大学毕业投身耐磨材料行业之年，恰是高锰钢诞生100周年之际，如今郑州鼎盛公司与西安交大、郑州大学、河南科大等诸多大学合作，发起新一代超级高锰钢的研究正方兴未艾,让人愈发感到其潜力巨大、魅力无限而唏嘘感叹。
高锰钢中究竟有多少奥妙，竟引无数英雄折腰?多少年来，人们一直梦想着有一种理想的耐磨材料。
它既有坚硬的表面，耐磨性优良，又有柔韧的心部可以抵抗强烈冲击。
同时生产便捷，成本低廉。
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%的铸钢,即ＺＧＭｎ13。
此材料在1000～1100℃之间为单一奥氏体组织,为保持此组织,需高温淬火,即在1100～1050℃间的温度内立即水淬至常温。
经过处理后的材料具备很好的韧性,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：σb (Mpa)σ0.2(Mpa)δ(%)αKJ/cm2HB铸态性能343.23―392.27 294.20―490.330.5―59.80―29.42200―300水韧处理性能617.82―1274.86343.23―470.7215―85196.13―294.20180―225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℃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1050℃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%, Mn13.56%, 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。
高锰钢工艺
高锰钢铸造工艺1高锰钢的化学成分设计：1.1碳：在常温强烈冲击载荷下的服役工件，碳含量控制在1.02以下，甚至1.0以下。
在低温下服役工件，要控制碳含量1.0以下，固溶处理后，原始硬度为HB170-210，使用后硬度高达450-480，硬化层深度达18mm，含碳量高的硬度只达HB350-400，硬化深度只有7-8mm。
强冲击（或挤压），选碳含量较低；低应力，软物料磨损情况，选含碳量偏高。
薄件冷速快，碳化物不易析出，碳含量可选择高一些；结构复杂，铸造容易产生裂纹，也易碳含量偏低。
1.2锰：一般锰含量大于12%，铸件结构复杂，高应力下服役，壁厚大，为获得高韧性，锰含量高一些。
当高锰钢中锰与碳的含量比小于8时，经常规热处理，在晶界上易出现状碳化物和过量残余碳化物，铸件的强度、韧性和塑性降低，钢质变脆。
1.3硅：硅应控制在0.5%左右，（0.4-0.6）超过0.5%,尤其是超过0.8%，将会造成碳化物粗大，导致韧性降低，薄壁件可选上限。
1.4硫和磷：锰铁含磷较高，有的高达0.3-0.4%，将带入0.075-0.085%的磷，一般磷含量控制在0.07%以下，可用硅钙脱磷。
高锰钢中含硫低，一般都低于0.02%，1.5铝：浇注前，在包中补加铝0.05-0.08%，保证铸件中残铝0.035-0.04%，才能保证钢液脱氧良好。
加铝终脱氧后必须在10min钟内浇完。
铝量过高，可形成铝氮，它在高温溶解在奥氏体中，随温度降低，从奥氏体中析出，沉积于晶界，引起热裂和晶界脆化，形成石状断口，造成晶界断裂。
高锰钢中残铝大于0.3%时，使高锰钢晶粒粗大。
转包浇注，一般中小件，壁厚不大于100mm，金属型、干型加0.15%（1.5Kg/t钢水），湿型加0.2%（2Kg/t钢水），在大型厚壁件出钢时，先在炉中或包内加0.2%（2Kg/t钢水），浇注时1-2min在包中补加铝0.05-0.08%（0.5-0.8Kg/t钢水）。
如果底注式包浇注，加铝可适当降低。
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细化晶粒的第二阶段：奥氏体重结晶后的加热和高温保温后的水淬。在升温和保温阶段，碳化物溶解得到均匀的单相奥氏体，通过急冷使细化的奥氏体组织保留到常温。一般加热到1000~1050℃保温后水淬即可，细化了的奥氏体组织加热时长大倾向明显，约在1050℃开始有长大趋势。这个温度显然低于一般固溶处理后粗大的奥氏体晶粒开始长大的温度。所以要防止晶粒的长大，对于一般高锰钢经过重结晶之后的保温温度不可过高，1020~1050℃即可。经过细化晶粒使奥氏体晶粒度细化2级左右。由于晶粒的细化，钢的力学性能有较大的提高，尤其是低温冲击韧性有明显改ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。但是不同成分、不同冶炼了此和不同结构尺寸其效果也会不同。
细化晶粒的第一阶段：将铸态组织高锰钢加热到500-550℃保温一段时间，使奥氏体分解。铸态组织是多相的不均匀组织，奥氏体的化学成分偏析大，因此奥氏体的分解过程是较快的，分解的速度取决于温度的高低。通常有40%-50%的奥氏体发生转变即可达到经过重结晶后细化组织的目的。保温时间延长虽然可使分解的量增加，但转变的速度降低，而且效果不明显。
高锰钢水韧处理中晶粒的细化
在高锰钢铸件中晶粒越细、抗拉强度越高，塑性越好，铸件使用越长久。高锰钢的铸态组织粗大、不均匀、固溶处理后也常常是粗大的组织，晶粒度一般均在1级左右甚至较1级还粗，晶粒很不均匀。在同一铸件截面上不同部位的晶粒度可相差1-2级，为了提高性能，应设法细化结晶组织，由于高锰钢的一次结晶组织对浇注温度极为敏感，浇注温度又大部分偏高，结晶组织粗大，比较难控制，为此海钺铸造厂通过热处理改变二次结晶组织，即进行细化晶粒的热处理。细化晶粒的热处理是使珠光体型组织升温进行奥氏体重结晶的过程，使晶粒得到细化。