高锰钢变质及时效处理的研究

摘要

奥氏体高锰钢自发明以来就受到了广泛关注，其淬火后的水韧组织是稳定单一的奥氏体组织，在高应力条件下，由于位错硬化、相变硬化和形变孪晶硬化等原因，高锰钢的表面将产生加工硬化，具有很好的耐磨性。但在非强冲击载荷下不能得到充分的加工硬化，高锰钢表面很容易在磨料的冲击和切割作用下发生剪切破坏，从而影响了其耐磨性能。本文采用稀土-低熔点合金对高锰钢变质处理，并对变质高锰钢进行时效处理，研究了变质剂对高锰钢的组织和性能的影响，变质高锰钢时效析出相的析出规律及其对变质高锰钢力学性能的影响，得出以下结论:
　　(1)经稀土-低熔点合金变质后，高锰钢的铸态奥氏体晶粒明显细化，碳化物由粗大的针状转变为球状;水韧处理后，变质高锰钢的晶粒明显小于普通高锰钢，原始硬度从197HBS提升到215HBS，抗拉强度从758.6MPa提高到845.9MPa，磨损量从1.7077g减小到1.2237g。实验结果表明:稀土-低熔点合金变质处理改善了高锰钢的组织，提高了高锰钢的综合力学性能。
　　(2)变质高锰钢460℃时效1h，球状析出相沿奥氏体晶界析出，随着时效时间的延长，析出相从球状→球状和针状共存→针状;520℃时效1h，析出相为细针状，在奥氏体晶界上有少量的球状析出相，时效时间延长，细针状析出相转变为粗大的针状析出相;580℃时效1h，析出相为粗大的针状析出相，且奥氏体向颗粒状珠光体和贝氏体转变。时效时间延长，针状析出相增多，在晶粒内交叉生长，珠光体和贝氏体增多。时效析出相为(Mn，Fe)7C3针状和球状的两种形态，球状析出相为面心结构，针状析出相为体心结构，相比球状析出相而言，针状析出相更加稳定。
　　(3)变质高锰钢经520℃时效1h处理后，析出相为细小针状析出相，微观应变最小，相比未时效处理，硬度从215HBS增大到258HBS，冲击值从131J/cm2下降为85.9J/cm2，磨损量从1.7077g减小为1.07077g。实验表明:变质高锰钢时效析出相的析出，且并未引起微观应变的增大为变质高锰钢最佳时效工艺。本实验用钢最佳时效工艺为520℃时效1h。