论文摘要
高锰钢作为耐磨材料在抵抗强冲击、高应力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其耐磨性是其他材料所无法比拟的。由于水韧处理后的高锰钢，原始硬度低，受到冲击载荷作用时初期形变量较大，导致初期磨损较为严重，影响了高锰钢的使用寿命。针对这一问题，本文采用了硬度测试、耐磨性测试、金相分析和X射线衍射分析等方法，研究了时效工艺参数对高锰钢的组织结构、硬度及钢球高速冲击条件下高锰钢的初期形变量、耐磨性、硬度和组织结构的变化规律，并初步探讨了高锰钢的加工硬化机制，结果表明：高锰钢经过时效处理后，碳化物在基体中沿一定方向弥散析出，使基体硬度得到提高。碳化物的形成速度快慢取决于温度和时间。随着时效温度升高，碳化物析出量逐渐增多，硬度增加，600℃时硬度达到236HB，但温度高于600℃后，析出的碳化物回溶，铁素体相开始形成，硬度又降低；在600℃时效不同时间时，随着时效时间的延长，析出的碳化物不断增加及长大，硬度先增加后降低，600℃时效4小时时硬度达到最大值314HB。试样表面经钢球高速冲击5秒后，没有经过时效处理的高锰钢，其表面冲击坑尺寸和覆盖率较大。而经过时效处理后的高锰钢，在不同时效温度下，其表面冲击坑尺寸和覆盖率随着时效温度的增加先降低后增加，600℃时效试样的表面冲击坑尺寸和覆盖率最小；在600℃时效不同时间时，表面冲击坑尺寸和覆盖率随着时效时间的延长也呈现先降低后增加的趋势，时效4小时的高锰钢的表面冲击坑尺寸和覆盖率最小。表面冲击坑尺寸和覆盖率的变化规律刚好与时效工艺参数对高锰钢硬度的影响规律相反。不同时效工艺处理后的高锰钢在钢球高速冲击条件下，其硬度值均急剧增加，随着冲击时间的延长，各试样的硬度值持续增加并趋于稳定。在不同时效温度下，硬度的稳定值随时效温度的增加先增加后降低，600℃时稳定值最高；在600℃时效不同时间时，硬度的稳定值随时效时间延长也呈现先增加后降低的趋势，时效4小时的稳定值最高。在冲击初期，高锰钢各试样磨损失重量均较大，随着冲击时间的延长至40min，各试样的磨损失重量逐渐减少并趋于稳定。在不同时效温度下，600℃时效试样失重量最大；在600℃时效不同时间时，时效4小时的失重量最大。对于不同原始试样及时效处理试样，当奥氏体中没有析出碳化物，奥氏体的稳定性较好时，其加工硬化机制为位错孪晶强化；而当奥氏体中析出碳化物，奥氏体的稳定性降低时，高锰钢的加工硬化机制除了位错孪晶强化外还有α′马氏体强化作用。