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，還有晶界的內部。在550攝氏度的環境中放置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;持續進行升溫，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，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品，在耐磨材料里面占據十分關鍵的位置。由于其在高應力、高沖擊的工作狀態下，體現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，才具有比較好的機械功能，達到使用的標準要求。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，通過很長時間的發展，它的化學成分基本處在比較平穩的狀態。我國最新頒布的行業標準《JB/T 6404-2017 大型高錳鋼鑄件技術條件》和國際的標準中高錳鋼鑄件的化學成分情況，主要如表1可知：

根據表1可知，當前我國國內標準與國際標準基本一致。

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行研究，其化學成分根據表2可知：

2.2試驗方法

本研究使用了三種熱處理方案，都根據每小時100攝氏度的加熱速度進行加熱。具體方案為：第一種，在650攝氏度的環境下，保溫2個小時，然后再在1050攝氏度的環境下，保溫2個小時，淬火;第二種，在650攝氏度的環境下，保溫2個小時，然后再在1080攝氏度的環境下，保溫2個小時，淬火;第三種，在550攝氏度的環境下，保溫1.5個小時，然后再在650攝氏度的環境下，保溫2個小時，最后在1080攝氏度的環境下，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的工件進行加熱處理。為了預防熱處理環節中工件出現脫碳的情況，在試驗中使用氣氛保護的方法，用氮氣保護氣氛，預防氧化脫碳的情況出現。

3熱處理工藝對合金化剛錳鋼組織性能的影響

3.1鑄態顯微組織

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，碳化物呈現出針片的形狀以及塊的形狀。

3.2熱處理后顯微組織

經過方案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攝氏度的環境下，碳化物已經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行了認真地觀察，經過這個工藝以后直接淬火的金相組織。在550攝氏度出現共析分解的情況，從而形成珠光體。然后進行其他的熱處理工藝，加熱的溫度超出了共析轉變的溫度之后，珠光體會出現奧氏體重結晶。重新結晶能夠在多個相界上面形成核，產生多個奧氏體晶粒，使得一些奧氏體組織出現了細化的情況。

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出熱處理工藝層面的區別。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：細化晶粒組織與加入第二相質點。鑄態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果根據表3可知：

根據表3能夠發現，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，表現出彌散的細小的分布情況，構成了第二相質點強化。在熱處理里面，奧氏晶體粒也在長大，因此鑄態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，沒有第二相強化的作用，可是奧氏體晶粒出現了細化的情況，細化晶粒組織的強化功效要比第二相強化更加強一些，因此方案3處理以后硬度要比方案1還要硬一些。

4結論

第一，合金化高錳鋼鑄態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攝氏度環境下保溫2個小時，最后在1080攝氏度的環境下保溫2個小時，淬火，能夠讓晶粒出現細化，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低。合金化高錳鋼經過最佳的熱處理之后的硬度是219 HBS。

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