高錳鋼的加工硬化處理技術

高錳鋼是反擊式破碎機襯板材料的主要組成部分,也是破碎設備加工過程中常用的材料之一,高錳鋼的加工過程和質量的好壞直接影響到破碎設備的質量。

加工硬化是高錳鋼的重要特征。鑄態高錳鋼經水韌處理后形成單相奧氏體組織,該組織硬度僅為170-230HB。但是經過形變后奧氏體高錳鋼的形變層內表現出顯著的加工硬化現象,變形層的硬度可以達到500-800HB。

一般而言,硬化層的深度可以達到10-20mm,但這個深度與沖擊載荷的大小和狀態、組織狀態、化學成分、塑性性能、強度性能、形變速度等因素有關。硬化層具有很高的硬度和良好的韌性,這種性能使硬化層具有很高的抗沖擊疲勞性能和高的抗磨料犁削磨損和形變磨損性能。

在表層硬化層被磨耗的同時,外部沖擊載荷又使得硬化層連續不斷地向鋼的內部發展。當高錳鋼組分和外部載荷條件確定后,鋼表面硬化層的硬度變化規律確定,且這個規律不受表層磨損的影響一直延續下去。

高錳鋼在外載荷作用下產生的這種形變強化,通常稱為加工硬化。該加工硬化的特點是在強沖擊磨料磨損條件下,鋼的表面通過形變強化具有很高的耐磨性。

從高錳鋼加工硬化后的顯微組織看,硬化層外面的顯微組織發生了很大變化,晶粒成為扁平狀,與受力方向垂直或接近于垂直,滑移線數量很多,且不同的晶?;朴胁煌姆较?。從表層向內部發展,隨變形程度的降低,晶粒的變形程度減小,滑移線也減少。

通過對高錳鋼加工硬化組織的金相的觀察,可以發現:高錳鋼在受到沖擊、壓力、拉伸等應力作用時,均產生形變硬化,其顯微組織的特點是出現許多滑移帶,甚出現晶粒扭曲、滑移帶彎曲或滑移臺階。

經過水韌處理之后的高錳鋼中的奧氏體具有向馬氏體轉化的相變驅動能和相變可能性。但馬氏體相變是一種非擴散型相變,奧氏體向馬氏體相變是依靠晶格點陣切變完成的,并伴有點陣膨脹,為此,必須對之做功。一般認為,馬氏體相變驅動能力為(200-400)×1.1868J/mol。

高錳鋼由于含有較多穩定奧氏體的元素Mn,因此馬氏體轉變點低于室溫,即使經加熱和水冷,都因相變驅動能不夠,不能發生馬氏體相變。在承受沖擊或壓力的工作狀態下,表層奧氏體晶粒將在切應力分量作用下產生滑移導致塑性變形,這個過程同時促使奧氏體向馬氏體轉變。

切應力在產生滑移變形時,不斷做機械功,當這種機械功與化學驅動能之和等于或大于馬氏體相變阻力所需的相變驅動能時,會發生馬氏體相變。高錳鋼在工作時所受沖擊、壓力越大,形變量越大,承受的機械功越大,組織中所獲得馬氏體量越多,材料表層硬度越高,耐磨性越好。

從生產時間和大量實驗得出高錳鋼充分發揮耐磨性后的硬度變化規律為:越靠近表層,硬度分布急劇升高;越靠近基體內部,硬度分布越趨于平緩。硬化層下面仍是軟韌的奧氏體組織。

這種硬度分布反應了鋼表層的塑性變形程度,鋼表層塑性變形量的分布與硬度分布有近似的規律。變形程度越高,硬度越高。鋼的表面這種塑性變形能夠較好地吸收外部沖擊載荷產生的沖擊功,形成加工硬化層和馬氏體。


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