熱處理工藝對合金化高錳鋼組織及性能的影響研究

王政 李東東

摘? 要：本文將高錳鋼型號為Mn13Cr2作為本次的研究對象，通過微觀的組織觀察以及硬度的測試等方法，分析高錳鋼組織在熱處理工藝的影響。研究證明：合金化高錳鋼組織中有很多塊狀的還有針片狀的碳化物，處在晶界上面，還有晶界的內(nèi)部。在550攝氏度的環(huán)境中放置1.5小時之后，使用淬火處理，合金化高錳鋼基本組織的一些奧氏體分解成珠光體;持續(xù)進(jìn)行升溫，珠光體變成了奧氏體形核的界面，這在一定層面能夠細(xì)化奧氏體組織。合金化高錳鋼的最好的熱處理工藝是：每小時100攝氏度加熱到550攝氏度，并且保持1.5小時，然后再加熱到650攝氏度，保持2個小時，最后加熱到1080攝氏度，保持2個小時，淬火，能夠讓晶體更加的細(xì)，晶粒的尺寸為170μm。而且在熱處理以后，合金化高錳鋼的硬度是219 HBS。

關(guān)鍵詞：合金化高錳鋼組織;熱處理工藝;性能

引言

高錳鋼為鐵基耐磨材料里面十分具有代表性的產(chǎn)品，在耐磨材料里面占據(jù)十分關(guān)鍵的位置。由于其在高應(yīng)力、高沖擊的工作狀態(tài)下，體現(xiàn)了十分良好的抗磨的功效，而且具備良好的柔韌性以及形變硬化的能力，被廣泛地運用在破碎、挖掘以及采礦等領(lǐng)域。高錳鋼要通過合理的熱處理工藝之后，才具有比較好的機(jī)械功能，達(dá)到使用的標(biāo)準(zhǔn)要求。本文先簡單的陳述了高錳鋼的基本情況，然后對熱處理工藝之下的高錳鋼組織與性能影響進(jìn)行分析。

1高錳鋼基本情況介紹

高錳鋼一般指的是含有Mn量超過10%的合金鋼，通過很長時間的發(fā)展，它的化學(xué)成分基本處在比較平穩(wěn)的狀態(tài)。我國最新頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JB/T 6404-2017 大型高錳鋼鑄件技術(shù)條件》和國際的標(biāo)準(zhǔn)中高錳鋼鑄件的化學(xué)成分情況，主要如表1可知：

根據(jù)表1可知，當(dāng)前我國國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)基本一致。

2試驗材料及方法

2.1試驗材料

本次試驗對Mn13Cr2型號的合金化高錳鋼進(jìn)行研究，其化學(xué)成分根據(jù)表2可知：

2.2試驗方法

本研究使用了三種熱處理方案，都根據(jù)每小時100攝氏度的加熱速度進(jìn)行加熱。具體方案為：第一種，在650攝氏度的環(huán)境下，保溫2個小時，然后再在1050攝氏度的環(huán)境下，保溫2個小時，淬火;第二種，在650攝氏度的環(huán)境下，保溫2個小時，然后再在1080攝氏度的環(huán)境下，保溫2個小時，淬火;第三種，在550攝氏度的環(huán)境下，保溫1.5個小時，然后再在650攝氏度的環(huán)境下，保溫2個小時，最后在1080攝氏度的環(huán)境下，保溫2個小時，淬火。

使用型號為SKT-4-12的管式電阻爐對大小是10mm×20mm×35mm的工件進(jìn)行加熱處理。為了預(yù)防熱處理環(huán)節(jié)中工件出現(xiàn)脫碳的情況，在試驗中使用氣氛保護(hù)的方法，用氮氣保護(hù)氣氛，預(yù)防氧化脫碳的情況出現(xiàn)。

3熱處理工藝對合金化剛錳鋼組織性能的影響

3.1鑄態(tài)顯微組織

合金化高錳鋼組織的奧氏體基體中散布著碳化物，碳化物分布比較均勻，大部分在晶界上還有晶界里面，碳化物呈現(xiàn)出針片的形狀以及塊的形狀。

3.2熱處理后顯微組織

經(jīng)過方案1之后，組織里面的碳化物并沒與完全溶解在奧氏體里面，從而能夠表明，在1050攝氏度的時候，合金化的高錳鋼里面的碳化物已經(jīng)溶解了，可是溶解的并不充分。通過方案2的處理以后，合金化高錳鋼組織里面的碳化物都充分的溶解掉了，組織是單一的奧氏體組織。從而證明，在1080攝氏度的環(huán)境下，碳化物已經(jīng)全部溶解到奧氏體里面了。所以，本研究使用的合金化高錳鋼的最好固溶溫度是1080攝氏度。

經(jīng)過方案2還有方案3處理之后，碳化物都完全融到了奧氏體基體里面，構(gòu)成了單一的奧氏體組織，可是晶粒度存在一些不同的地方。方案2處理以后，晶粒是350μm這樣的大小。然而，方案3處理以后，晶粒是170 μm這樣的大小。兩者比較，通過方案3處理以后的合金化高錳鋼組織明顯更加的微小。所以，證明方案3是比較好的熱處理工藝。

比較第二套方案和第三套方案，方案3要比方案2增加了一個步驟，也就是在550攝氏度的環(huán)境下，保持1.5小時。研究過程中，對550攝氏度保溫1.5小時之后的顯微組織進(jìn)行了認(rèn)真地觀察，經(jīng)過這個工藝以后直接淬火的金相組織。在550攝氏度出現(xiàn)共析分解的情況，從而形成珠光體。然后進(jìn)行其他的熱處理工藝，加熱的溫度超出了共析轉(zhuǎn)變的溫度之后，珠光體會出現(xiàn)奧氏體重結(jié)晶。重新結(jié)晶能夠在多個相界上面形成核，產(chǎn)生多個奧氏體晶粒，使得一些奧氏體組織出現(xiàn)了細(xì)化的情況。

3.3熱處理對硬度的影響

硬度表示的是材料表面抵御破壞的能力，能夠在一定層面表現(xiàn)出熱處理工藝層面的區(qū)別。在不改變材料基體組織的情況下，提升材料硬度的方法具體包含下面兩種類型，分別為：細(xì)化晶粒組織與加入第二相質(zhì)點。鑄態(tài)與不一樣的固溶處理以后的合金化高錳鋼布氏硬度測試的結(jié)果根據(jù)表3可知：

根據(jù)表3能夠發(fā)現(xiàn)，方案1處理以后合金化高錳鋼布氏的硬度要比方案2高。這是由于在方案1處理以后，合金化高錳鋼組織里面的碳化物并沒有完全溶解好，表現(xiàn)出彌散的細(xì)小的分布情況，構(gòu)成了第二相質(zhì)點強(qiáng)化。在熱處理里面，奧氏晶體粒也在長大，因此鑄態(tài)合金化高錳鋼的硬度比方案1處理后的要高。在方案2熱處理之后，碳化物完全融入到了奧氏體里面，沒有第二相強(qiáng)化的作用，因為方案2處理之后的硬度會降低。在方案3熱處理以后，雖然碳化物全部溶解了，沒有第二相強(qiáng)化的作用，可是奧氏體晶粒出現(xiàn)了細(xì)化的情況，細(xì)化晶粒組織的強(qiáng)化功效要比第二相強(qiáng)化更加強(qiáng)一些，因此方案3處理以后硬度要比方案1還要硬一些。

4結(jié)論

第一，合金化高錳鋼鑄態(tài)組織里面有許多塊狀的碳化物以及針片狀的碳化物，這些碳化物在晶界上面還有晶界里面。在加熱到550攝氏度保溫1.5小時以后進(jìn)行淬火處理，合金化高錳鋼基體組織里面一些奧氏體分解成珠光體;之后加熱處理以后，珠光體變成奧氏體的形核界面，會細(xì)化奧氏體的組織。

第二，比較不一樣的熱處理以后的組織和硬度，明確合金化高錳鋼的最好的熱處理工藝是：根據(jù)每小時100攝氏度的加熱速度，加熱到550攝氏度，保溫時間為1.5小時，然后在650攝氏度環(huán)境下保溫2個小時，最后在1080攝氏度的環(huán)境下保溫2個小時，淬火，能夠讓晶粒出現(xiàn)細(xì)化，晶粒的大小可以到170μm左右。

第三，熱處理工藝以后，合金化高錳鋼的硬度比鑄態(tài)低。合金化高錳鋼經(jīng)過最佳的熱處理之后的硬度是219 HBS。

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