提高高锰钢耐磨性能的沉淀强化方法
【专利摘要】本发明公开了提高高锰钢耐磨性能的沉淀强化方法，它包括以下步骤：（1）材料选择，选择高锰钢；（2）一次淬火，将上述高锰钢放入燃烧炉内加热0.5-1.5h后取出高锰钢放入盐水内淬火；（3）冷却，将一次淬火后的高锰钢置于燃烧炉内加热0.5-1.5h后放入盐水冷却；（4）二次淬火，将冷却后的高锰钢放入温度为900-1100℃的燃烧炉内加热0.5-1.5h后放入盐水中淬火；（5）三次淬火，将二次淬火后的高锰钢放入燃烧炉内加热后放入盐水中淬火；（6）加热保温，将三次淬火后的高锰钢放入燃烧炉内加热后取出。本发明的有益效果是经过沉淀强化处理的高锰钢比水韧处理提高1~2倍耐磨性。
【专利说明】提高高锰钢耐磨性能的沉淀强化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提高高锰钢耐磨性能的沉淀强化方法。
【背景技术】
[0002]高锰钢是指含锰量在10%以上的合金钢，高锰钢在非强烈的冲击磨损的工况条件下，由于未得到充分的加工硬化而不能获得优良的耐磨性。高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成，有时还含有少量的磷共晶。碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶处理，即将钢加热到1050~1100°C，保温消除铸态组织，得到单相奥氏体组织，然后水淬，使此种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提高，所以此种热处理方法也常称为水韧处理，该处理方法得到的高锰钢耐磨性能往往达不到使用要求。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是现有的高锰钢的耐磨性能不好，使用中磨损较快，为此提供一种提高高锰钢耐磨性能的沉淀强化方法。
[0004]本发明的技术方案是:提高高锰钢耐磨性能的沉淀强化方法，它包括以下步骤:
(1)、材料选择，选择质量百分比为:C——1.04%, Mn——12.7%，Si——0.75%。S——0.015%, P-0.078%, Mn / C=12.21 的高锰钢；
(2)、一次淬火，将上述高 锰钢放入燃烧炉内加热0.5-1.5h后取出高锰钢放入盐水内淬火，燃烧炉内温度保持在980-1020°C ；
(3)、冷却，将一次淬火后的高锰钢置于燃烧炉内加热0.5-1.5h后放入盐水冷却，燃烧炉温度保持在880-920°C ；
(4)、二次淬火，将冷却后的高锰钢放入温度为900-1100°C的燃烧炉内加热0.5-1.5h后放入盐水中淬火；
(5 )、三次淬火，将二次淬火后的高锰钢放入温度为8 5 O -9 5 (TC的燃烧炉内加热0.5-1.5h后放入盐水中淬火；
(6)、加热保温，将三次淬火后的高锰钢放入温度为400-500°C的燃烧炉内加热6-9h后取出。
[0005]本发明的有益效果是经过沉淀强化处理的高锰钢比水韧处理提高f 2倍耐磨性。【具体实施方式】
[0006]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0007]实施例1: (I)、材料选择，选择质量百分比为:C——1.04%, Mn——12.7%，Si——0.75%。S-0.015%, P-0.078%, Mn / C=12.21 的高锰钢；
(2)、一次淬火，将上述高锰钢放入燃烧炉内加热0.5h后取出高锰钢放入盐水内淬火，燃烧炉内温度保持在980°C ；
(3)、冷却，将一次淬火后的高锰钢置于燃烧炉内加热0.5h后放入盐水冷却，燃烧炉温度保持在880°C ；
(4)、二次淬火，将冷却后的高锰钢放入温度为900°C的燃烧炉内加热0.5h后放入盐水中淬火；
(5)、三次淬火，将二次淬火后的高锰钢放入温度为850°C的燃烧炉内加热0.5h后放入盐水中淬火； (6)、加热保温，将三次淬火后的高锰钢放入温度为400°C的燃烧炉内加热6h后取出。
[0008]实施例2: (I)、材料选择，选择质量百分比为:C——1.04%, Mn——12.7%，Si——
0.75%。S-0.015%, P-0.078%, Mn / C=12.21 的高锰钢；
(2)、一次淬火，将上述高锰钢放入燃烧炉内加热:1.5h后取出高锰钢放入盐水内淬火，燃烧炉内温度保持在1020°C ；
(3)、冷却，将一次淬火后的高锰钢置于燃烧炉内加热1.5h后放入盐水冷却，燃烧炉温度保持在920°C ；
(4)、二次淬火，将冷却后的高锰钢放入温度为1100°C的燃烧炉内加热1.5h后放入盐水中淬火；
(5)、三次淬火，将二次淬火后的高锰钢放入温度为950°C的燃烧炉内加热1.5h后放入盐水中淬火；
(6)、加热保温，将三次淬火后的高锰钢放入温度为500°C的燃烧炉内加热9h后取出。
[0009]实施例3: (I)、材料选择，选择质量百分比为:C——1.04%, Mn——12.7%，Si——
0.75%。S-0.015%, P-0.078%, Mn / C=12.21 的高锰钢；
(2)、一次淬火，将上述高锰钢放入燃烧炉内加热Ih后取出高锰钢放入盐水内淬火，燃烧炉内温度保持在1000°C ；
(3)、冷却，将一次淬火后的高锰钢置于燃烧炉内加热Ih后放入盐水冷却，燃烧炉温度保持在900°C ；
(4)、二次淬火，将冷却后的高锰钢放入温度为1000°C的燃烧炉内加热Ih后放入盐水中淬火；
(5)、三次淬火，将二次淬火后的高锰钢放入温度为900°C的燃烧炉内加热Ih后放入盐水中淬火；
(6)、加热保温，将三次淬火后的高锰钢放入温度为450°C的燃烧炉内加热8h后取出。
[0010]磨损试验结果如下:试样热处硬度I压力载I运转时I~转速/分~磨掘M (克) 磨损
理工(HB)荷(kg)间(η).....1m..............Tm — —1?...............Tm.........次数
艺样样样样
Ill 況淀 230-270 22.5 6 180 200 0.0801 0.1451 I
强化
__AtS_________
~03190-207 2?5 6 180 2TO 0.1748 0.5781 I~
处理
^01250-285 45 6 180 MO 0.08330.0871 I^
强化
__AM_________
^03180-21? 45 6 180 MO 0.13 卯 0.2100 ?^
处理
01m定 280-310 90 12 180 200 0.1398 0.2095 I
强化
处理_________
~02~ Mxe 225-245 90 ~12~ 180 200 0.1552 0.2099 ~I~
强化
____tta_________
~03 ^210~230 90 12 180 MO 0.21610.4552 I~
____ttS_________
~04RC4CM5 90 12 180 200 0.1055 0.1552 I~
强化
处理_1111111
注:同一试样磨损3次，即22.5 kg负荷一次，45kg—次，90 —次。
[0011]随磨损次数增加，磨损件硬度有所增加。
[0012]耐磨性实验表明:在低应力载荷下(22.5kg相当于0.6kg / mm2)，沉淀强化处理比水韧时处理耐磨性提高两倍多。在中等载荷条件下(45kg，约1.2 kg / mm2)沉淀强化比水韧处理提高耐磨性广3倍，以上结论是在运转时间不变时得到的结构。若增加一倍时间，又提高一倍负荷时，在大应力载荷情况下(90 kg，约24 kg / mm2)，沉淀强化比水韧处理提高f 2倍耐磨性。增加一倍运转时间又可提高21倍耐磨性。那么究竟是什么原因使沉淀强化工艺大幅度提高耐磨性呢？因为在奥氏体锰钢种，Mn能显著降低钢中的层错能，在加工变形中，形成大量孪晶，这些孪晶组织了位错运动。此时细化晶粒，就能显著提高加工硬化率，产生显著的抗磨作用。在磨粒磨损过程中，磨损机理首先是取决于磨粒的硬度和金属磨损表面硬度之比(Ha / Hm)。如果磨料的硬度低于金属的硬度，磨粒磨损实际上没有记录下来。在磨料比金属硬度高时，磨粒磨损则很剧烈，明显反应出在摩擦区域里磨料的显微切削作用。为此，提高金属的硬度特别是初始硬度，使二次相质点硬度超过磨粒硬度则可以大大降低磨粒对金属的磨损，这就是采用沉淀强化能提高奥氏体锰钢耐磨性的一个重要的原因。
[0013]晶粒细化对耐磨性的影响:
从磨损实验证明，高锰钢通过晶粒细化再沉淀强化后比普通水韧时效处量的耐磨性要成倍提高。从Hall—Perch关系式δ y = δ i+ kd - 1A,(试中S1-晶格摩擦应力k-晶界对塑性变的抗力)来看，纯金属的条件屈服极限Sy随晶粒尺寸d的减小而提高。对于多数的纯金属来说，类似的关系是成立的，对于强度极限也是适用的。对于普通合金的屈服极限和强度极限，此方程也是成立的。并且表明，晶粒尺寸越小，屈服强度越高。
[0014]高锰钢经过快速循环热处理后，使晶粒明显变细，从ASTMl级~I级，细化到
级，这样使高密度的位错均匀分布于新奥氏体晶粒中的全部晶粒多方形区进而强化晶界。由于致密的组织和高密度位错结构使钢的屈服强度有所提高，并且在提高强度的同时并不降低韧性，充分取到晶粒强化的作用。
[0015]沉淀强化过后，通过应力形变获得ε—马氏体和α——马氏体的可能性，通过实验可以看到，经过快速循环奥氏体并沉淀强化的高锰钢获得了晶粒细化和弥散强化。当通过试样抛光等低应力变形，就出现意料不到的α、ε—马氏体混合物特征，不少研究者认为，ε—马氏体可作为层错话了的奥氏体向马氏体转变过程中的一种渡相。因为α——马氏体常在ε——马氏体内，尤其在ε片的相交处形成。
[0016]高猛钢在快速循环奥氏体化过程中，出现了在奥氏体的密排面上的堆垛曾错，使极细的Y晶粒成为ε——马氏体的核枉，再经过层错位移使其层错转变为ε——马氏体。形成的ε—马氏体将成为错话了的奥氏体发生Y——α马氏体转变的过渡相。这样，最终促成了 Y——α马氏体的组织转变。由此说明，经过循环奥氏体化并沉淀强化的高猛钢，容易获得ε—马氏体或者Υ——α马氏体的部分转变。这也是容易获得加工硬化的原因，也是显著增强高猛钢磨损抗力的原因。
[0017]上面结合实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发 明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术 方 案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.提高高锰钢耐磨性能的沉淀强化方法，其特征是它包括以下步骤: (1)、材料选择，选择质量百分比为:C——1.04%, Mn——12.7%，Si——0.75%，
S-0.015%, P-0.078%, Mn / C=12.21 的高锰钢； (2)、一次淬火，将上述高锰钢放入燃烧炉内加热0.5-1.5h后取出高锰钢放入盐水内淬火，燃烧炉内温度保持在980-1020°C ； (3)、冷却，将一次淬火后的高锰钢置于燃烧炉内加热0.5-1.5h后放入盐水冷却，燃烧炉温度保持在880-920°C ； (4)、二次淬火，将冷却后的高锰钢放入温度为900-1100°C的燃烧炉内加热0.5-1.5h后放入盐水中淬火； (5)、三次淬火，将二次淬火后的高锰钢放入温度为850-950°C的燃烧炉内加热.0.5-1.5h后放入盐水中淬火； (6)、加热保温，将三次淬火后的高锰钢放入温度为400-500°C的燃烧炉内加热6-9h后取出。
【文档编号】C21D1/18GK103509915SQ201310519912
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】张国庆, 章成希, 夏章霞 申请人:铜陵市大明玛钢有限责任公司