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。

当时效温度超过450℃时,碳化物则逐渐由粒状变成针状,而且逐渐粗大。

组织变脆,但硬度达到失效峰值为HRC45-47。

(如表4)
2、工业实验
工业试验在HSZ300的小型破碎机上进行的。

破碎矿物主要是煤矿,其中有部分煤矸石,粒度不规则,硬度为7-8（f）,破碎比为1/10。

环锤已破碎11000小时矿物,还没有明显磨损,仍在继续使用。

原普通水韧处理的锤头,平均破碎8000多小时就磨损得磨损。

另外,经过快速循环热处理的齿板,其耐磨性也得到较大的提高。

3、结语
(1)通过快速循环热处理等强韧化方法,明显地细化了高锰钢奥氏体组织,使其晶粒度分别达到5-8级（普通水韧处理可达1-3级）。

提高了钢的强韧性。

(2)在细化的奥氏体锰钢基体上,进行沉淀硬化处理。

既得奥氏体+弥散分布粒状碳化
物组织。

提高了高锰钢的屈服强度和起始硬度,增强了抗磨性。

(3)高锰钢通过沉淀硬化处理,虽然塑性和韧性有所下降,却不同程度地提高了抵抗磨粒磨损性能。

经过破碎机锤头、齿板试验表明,沉淀碳化处理明显地提高了抗磨性。