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高锰钢介绍

时间:2016年11月04日 来源:湖南湘建浏览:

高锰钢(high manganese steel)

含锰量在10%以上的合金钢。1882年第一次获得奥氏体组织的高锰钢,1883年英国人哈德菲尔德(R.A.Hadfield)取得了高锰钢专利。高锰钢依其用途的不同可分为两大类:

(1)耐磨钢。这类钢:含锰10%~15%,碳:含0.90%~1.50%,大部分在1.0%以上。其化学成分为:

C0.90~1.50;Mn10.0~15.0;Si0.30~1.0 S0.05 P0.10这类高锰钢的用量最多,常用来制作挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。

上述成分的高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成,有时还含有少量的磷共晶。碳化物数量多时,常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆,无法使用,需要进行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶处理,即将钢加热到1050~1100℃,保温消除铸态组织,得到单相奥氏体组织,然后水淬,使此种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提高,所以此种热处理方法也常称为水韧处理。热处理后力学性能为:sigma;b615~1275MPa sigma; 0.2340~470MPazeta;15%~85% psi;15%~45% aKl96~294J/cm2 HBl80~225

高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解,当其数量较少符合检验标准时,仍可使用。

奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时,金属表面发生塑性变形。形变强化的结果,在变形层内有明显的加工硬化现象,表层硬度大幅度提高。低冲击载荷时,可以达到HB300~400,高冲击载荷时,可以达到HB500~800。随冲击载荷的不同,表面硬化层深度可达10~20mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下,有优异的抗磨性能,故常用于矿山、建材、火电等机械设备中,制作耐磨件。在低冲击工况条件下,因加工硬化效果不明显,高锰钢不能发挥材料的特性。

中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是:ZGMn13mdash;1(C 1.10%~1.50%)用于低冲击件,ZGMn13mdash;2(C1.00%~1.40%)用于普通件,ZGMn13mdash;3(C0.90%~1.30%)用于复杂件,ZGMn13-4(C0.90%~1.20%)用于高冲击件。以上4种牌号钢的锰含量均为11.0%~14.0%。

在冲击载荷作用的冷变形过程中,由于位错密度大量增加,位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化。这是加工硬化的重要原因。另一个重要原因则是高锰奥氏体的层错能低,形变时容易出现堆垛层错,从而为epsilon;马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。常规成分的高锰钢的形变硬化层中常可以看到高密度位错、位错塞积和缠结。epsilon;马氏体和形变孪晶的出现使钢难以变形,尤其是后者的作用更大。上述各种因素都使高锰钢的硬化层得到很高程度的强化,硬度大幅度提高。

高锰钢极易加工硬化,因而很难加工,绝大多数是铸件,极少量用锻压方法加工。高锰钢的铸造性能较好。钢的熔点低(约为14()()℃),钢的液、固相线温度间隔较小,(约为50℃),钢的导热性低,因此钢水流动性好,易于浇注成型。高锰钢的线膨胀系数为纯铁的1.5倍,为碳素钢的2倍,故铸造时体积收缩和线收缩率均较大,容易出现应力和裂纹。

为提高高锰钢的性能进行过很多合金化、微合金化、碳锰含量调整和沉淀强化处理等方面的研究,并在生产实践中得到应用。介稳奥氏体锰钢的出现则可较局gao大幅度降低钢中碳、锰含量并使钢的形变强化速度提高,可适用于高和中低冲击载荷的工况条件,这是高锰钢的新发展。

(2)无磁钢。这类钢含锰大于17%,碳含量一般均在1.0%以下,常在电机工业中用于制作护环等。这类钢的密度为7.87~7.98g/cm3。由于碳、锰含量均高,钢的导热能力差。导热系数为12.979W/(mbull;℃),约为碳素钢的1/3。由于钢是奥氏体组织,无磁性,其磁导率mu;为1.003~1.03(H/m)。

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