论文摘要
高锰钢作为一种耐磨金属材料,具有良好的耐磨性和冲击韧性,在矿山、建材、电力、农机及冶金等行业获得了广泛的应用,特别是在高冲击高应力磨料磨损工况下具有不可替代的作用。由于高锰钢良好的耐磨性能是通过其优越的加工硬化特性来实现的,而只有经过水韧处理之后的高锰钢铸件才具有优于其他钢材的加工硬化性,因此研究高锰钢的水韧处理工艺及其加工硬化机理具有十分重要的学术价值与实际生产意义。本文采用硬度测试、冲击韧性测试、金相分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析等方法,研究了水韧处理工艺参数对不同壁厚ZGMn13高锰钢铸件组织与性能的影响,考察了干摩擦条件下加载载荷、往复速度和磨损时间对高锰钢摩擦磨损性能的影响规律,分析了其磨损机理,并基于实际生产中高锰钢轧辊的工作模式,探讨了高锰钢磨削加工的硬化效果和硬化机理。实验结果表明：ZGMn13高锰钢的最佳水韧处理工艺参数如下：水韧处理保温温度范围为1050±25℃,水淬水温低于40℃；壁厚为10mm的高锰钢铸件的最佳保温时间为60 min,铸件壁厚每增加10 mm,其保温时间应相应延长30 min。保温温度过高会导致试样表层出现严重的脱碳、脱锰及氧化现象。水淬水温过高时,已溶解于奥氏体中的碳化物将在冷却过程中重新析出。材料硬度对ZGMn13高锰钢的摩擦磨损性能有着显著的影响。随着材料硬度的增加,高锰钢的磨损质量损失呈直线下降。水韧处理高锰钢试样的磨损质量损失均随着加载载荷、往复速度和磨损时间的增大而增大,其摩擦系数随着加载载荷、往复速度的增大而减小,但随着磨损时间的增大而增大。高锰钢在磨损过程中发生了磨粒磨损、氧化磨损、黏着磨损和疲劳磨损,但在轻微磨损阶段,其磨损机制以塑变磨粒磨损为主,而在严重磨损阶段则以剥落磨粒磨损为主。ZGMn13高锰钢在磨削加工过程中其表层发生了加工硬化现象,表面硬度随着磨削深度的增加或纵向进给量的减小而增大。水韧处理高锰钢试样的硬化层厚度均大于0.5 mm,未水韧处理试样硬化层的厚度一般为0.3 mm～0.4 mm。微观组织表明,水韧处理高锰钢试样磨削截面上沿45°方向出现了许多滑移线,因此,高锰钢在磨削加工的塑性变形过程中发生了位错硬化和孪晶硬化。物相分析表明,高锰钢试样磨削前仅存在奥氏体结构的CFe15.1,而磨削后既有奥氏体结构的CFe15.1,还出现了马氏体C0.12Fe1.88。因此,高锰钢的磨削加工硬化是位错硬化、孪晶硬化和马氏体相变硬化三者综合作用的结果。