时效与塑性变形对合金化高锰钢组织及性能的影响

摘要

高锰钢具有加工硬化的重要特征,作为一种传统的耐磨材料,以其优异的耐磨性能广泛应用于矿山、冶金、铁路、建材、电力、煤炭等机械装备中。高锰钢铸件经水韧处理,得到单相奥氏体组织,其硬度较低,在冲击磨料磨损工况条件下使用时,工件表面受到磨料的冲击和切割的作用,常常在形变后发生剪切破坏,磨损较为严重,影响了高锰钢的使用寿命。针对该问题,本论文在传统高锰钢的基础上加入一定得Cr,Mo和少量的V,Ti,研究了合金化高锰钢的时效及塑性变形对高锰钢组织和性能的影响。采用了金相分析、X射线衍射分析、扫描电子显微分析、透射电子显微分析、摩擦磨损测试、压缩变形测试等手段进行研究,并在高锰钢耐磨性能的基础上探讨了高锰钢的加工硬化机理。
　　研究表明,高锰钢经时效处理后,碳化物在基体中逐渐析出,主要以(Cr,Mn)7C3的形式存在,同时有一定量的Fe3C并伴随有少量的VC及(Cr,Mn)23C6。碳化物主要以针状或棒状形式析出,最大尺寸可达200nm左右,而(Cr,Mn)23C6呈明显的圆球状粒子,直径大约为10nm左右。随着时效温度的升高和时效时间的延长,碳化物逐渐在晶界和晶内析出。650oC保温6h碳化物析出达到了最佳的弥散效果,且表现出显著的奥氏体再结晶现象。
　　压缩变形分析发现,晶粒发生了一定的变形,组织中出现滑移线及位错、层错。材料的R0.2、n、k值随着时效温度的升高基本上呈上升的趋势,表明钢的强度及加工硬化性能随时效温度的升高而增加。650oC保温6h时,表现出最佳的加工硬化性能及较高的屈服强度,而水韧态处理试样与低温时效处理试样相比,也表现出了较好的加工硬化性能。整个压缩变形过程中,并没有形变孪晶产生,加工硬化机制主要表现为高密度位错缠结及层错硬化。变形表现出典型的双n力学行为,不同时效处理主要影响n1硬化阶段,n1值远大于n2值。
　　摩擦磨损分析发现,水韧态高锰钢的加工硬化性能并不能充分发挥,经时效处理后的试样,其耐磨性能显著提高。在650oC保温6h时,高锰钢试样的磨损失重量最小,表现出了最优的耐磨性能。摩擦磨损表面仅出现少量的犁沟,并没有剥落及积屑堆积现象,表现为典型的磨粒磨损,因此具有良好的耐磨性能。

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第一章 绪论

1.1高锰钢简介

1.2高锰钢的组织和性能

1.3高锰钢的加工硬化

1.4高锰钢的时效强化

1.5时效态高锰钢的变形强化

1.6本文研究内容及意义

第二章 实验材料及实验方法

2.1实验材料

2.2实验方法

第三章 时效处理对高锰钢组织结构的影响

3.1时效对高锰钢组织的影响

3.2时效对高锰钢相组成的影响

3.3讨论

第四章 时效态高锰钢变形强化分析

4.1时效态压缩变形高锰钢的组织变化

4.2时效态压缩变形高锰钢的相结构变化

4.3时效态压缩变形高锰钢的性能变化

4.4时效态压缩变形高锰钢加工硬化分析

4.5讨论

第五章 时效处理对高锰钢耐磨性能的影响

5.1高锰钢摩擦磨损试验结果

5.2高锰钢摩擦磨损表面相结构分析

5.3高锰钢摩擦磨损表面形貌观察

5.4讨论

全文结论

参考文献

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