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浅论高锰钢现状及今后发展

时间:2016年11月04日 来源:湖南湘建浏览:

高锰钢俗称“耐磨钢”,被广泛的应用于各个行业的许多耐磨件上。随着对磨损机理研究的深入发展,人们对高锰钢的特性也了解的更透彻。

一、高锰钢加工硬化机理

高锰钢原始硬度很低,而加工硬化能力很强,在使用中硬度提高,形变速度越快,硬化效果显著,硬度也越高,目前强化机理有以下几种:

1.位错强化机制:高锰钢是大量Mn原子置换铁原子,显著降低层错能,因而易于形变,使位错密度增高,形成堆垛层错和形变亚结构,呈现加工硬化现象。

2.形变孪晶机制:高锰钢拉伸后,硬化区出现层状孪晶,硬度达HV460。经重锤锤击后出现层状孪晶及位错缠结达HV500。爆炸硬化时出现复合孪晶,硬度提高,硬化层加厚。

3.形变马氏体机制:从热力学角度讲,合金快速冷至Ms点以下可获得马氏体,而在Ms点以下存在Md点,在Ms——Md之间因应力作用可产生形变马氏体。一般Ms点低于200℃。Mn量为12%时,Ms点为-230℃以下,因此室温下一般变形的高锰钢不会产生形变诱发马氏体。如果钢中碳量降至0.8%时,在室温下也没能发现形变马氏体,而在-196℃低温下可出现δ.θ马氏体,改变高锰钢中的含锰量,将锰量降至4%,室温形变后有ε.δ马氏体产生,常规成分高锰钢固溶后经50%的变形量形变,硬度已达到较高数值,变值量增至35%时,发现有少量(约1.4%)δ马氏体,其间硬度变化与δ马氏体量的增加速度不一致,这样较大变形量的试验,也间接证明硬化主要原因不是由于产生了δ马氏体。以前关于发现马氏体的报导,可能是高锰钢在空气炉中高温加热,造成表面碳、锰降低,或是加热不足,局部贫碳,促使形变马氏体出现。根据这个机理,现在已有将高锰钢进行表面控制脱碳,使得在水韧处理后产生马氏体,用以强化高锰钢,提高耐磨性的报导。

4.析出相强化机制:在形变过程中,高锰钢随变形量增加,奥氏体中缺陷增加,过饱和的碳在位错、空位、层错、孪晶等处聚集形成柯氏气团,阻碍滑移,形变热量继续积累,使偏聚的碳、锰原子重新分布,在缺陷处择优形核、长大,形成弥散分布在基体内及晶界上的ε碳化物。根据奥罗万机制,滑动位错与弥散碳化物颗粒间作用,使强迫位错通过颗粒所需的临界分切应力增大,强化了奥氏体。

人们在碳含量高的高锰钢中(碳为1.49%),经过50%的压缩变形发现有碳化物析出。对常规成份高锰钢虽未发现碳化物析出,却也发现了晶格常数的减小,相当于奥氏体中碳量降低0.1%。在全国齿板评比对性能较好的高锰钢齿板分析时,发现奥氏体中出现了原始组织中未有的新相,可能就是形变诱发的ε碳化物。

二、高锰钢生产中的一些问题

根据各地厂家的生产情况,把易忽略的问题扼要介绍一下: 

1.冶炼:首先炉料要精选烘干,尤其对感应电炉更加重要,锰铁中磷较高,在选购锰铁时,要选择含磷低的锰铁合金。冶炼时,锰铁宜后加入炉内,以减少烧损量,后加入的铁合金要预先经过烘烤,出钢前还可用12×20×300mm浇注后直接水韧处理的试棒,视其冷弯的角度来检验钢水质量。  

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