【摘 要】
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高锰钢在强冲击以及高应力的工况下有较好的抗冲击磨料磨损和抗凿削磨损性能而被广泛应用在冶金、矿山、建材、铁路等机械设备领域。高锰钢进行水韧处理后的内部组织中常形成较为粗大的碳化物,对高锰钢性能产生较大影响。为了提升高锰钢的加工硬化能力,制备出Ti-V-Nb合金化超高锰钢,通过热处理能够对合金化超高锰钢中碳化物的尺寸和分布进行调控,以达到改善组织和力学性能的目的。因此研究热处理工艺对铸造合金化超高锰钢
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高锰钢在强冲击以及高应力的工况下有较好的抗冲击磨料磨损和抗凿削磨损性能而被广泛应用在冶金、矿山、建材、铁路等机械设备领域。高锰钢进行水韧处理后的内部组织中常形成较为粗大的碳化物,对高锰钢性能产生较大影响。为了提升高锰钢的加工硬化能力,制备出Ti-V-Nb合金化超高锰钢,通过热处理能够对合金化超高锰钢中碳化物的尺寸和分布进行调控,以达到改善组织和力学性能的目的。因此研究热处理工艺对铸造合金化超高锰钢组织及力学性能的影响尤为重要,对研发和产业化综合性能优良、性价比较高的高耐磨铸造奥氏体锰钢具有重要的理论意义和工业应用价值。本文以优化成分Fe-0.976C-19.86Mn-1.89Cr-0.998Si-0.923Mo-0.18Ni-0.59Cu-0.091Ti-0.582V钢为研究对象,通过各种分析测试方法讨论了温度梯度设计（450℃-1100℃）、加热速度（75℃/h-150℃/h）以及保温时间（2h-4h）对合金化超高锰钢组织和性能的影响,以期制备出力学性能和耐磨性能良好匹配的铸造合金化超高锰钢。合金化超高锰钢的铸态组织由奥氏体基体、原位析出的包层结构的（Ti,V,Nb）C碳化物以及沿着晶界分布的M23C6碳化物构成,经分级固溶处理后原位析出的大尺寸及晶界分布的M23C6碳化物发生溶解。550℃-650℃-950℃-1100℃的分段保温工艺对合金化超高锰钢组织改善和性能提升最为明显,晶粒尺寸为253μm、第二相粒子尺寸为5.08μm、抗拉强度为603.37MPa、延伸率为23.33%、固有冲击韧性为1082 k J/m2。通过减少保温时间或加快升温速率能够提升合金化超高锰钢的力学性能,两者同时变化具有更明显的增强效果,在550℃-650℃-950℃-1100℃温度下加快升温速率和缩短保温时间使晶粒尺寸减小25μm、抗拉强度提升150.63 MPa、延伸率升高13.21%、冲击韧性提升26.8J。这得益于分级固溶在消除大尺寸碳化物和铸造应力的同时防止了晶粒粗化,组织的改善使力学性能得到提升。合金化超高锰钢在升温速率为150℃/h,550℃-650℃-950℃-1100℃保温2h的工艺下具有最佳的抗冲击磨料磨损,其磨损形貌显示塑性变形区的数量最多,冲击表面处的显微硬度578 HV,加工硬化层的厚度为3400μm,磨损机制为显微犁削、剥落坑和疲劳,固溶处理产生的小颗粒的析出相有效的阻碍了位错的运动,析出相的钉扎作用使位错在析出相周围发生聚集,提高了加工硬化能力。强化机制主要包括固溶强化、第二相强化和晶界强化,其中固溶强化增强作用最明显。
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