高锰钢造型材料
目前，内许多厂家在应用消失模工艺生产高锰钢铸件时，多采用石英砂作为造型材料，所用的涂料大都是水基镁砂粉，刚玉粉、锆英粉等涂料，不仅成本高，而且许多性能也不够理想。因此，必须开发与研制性能优良，成本低廉，而且适用于消失模铸造生产高锰钢铸件的涂料及造型材料。
经过试验，采用镁橄榄石粉作为骨料配制的水基镁橄榄石粉涂料以及用镁橄榄石砂作为造型材料生产高锰钢铸件取得了较好的效果。
1 镁橄榄石砂(粉)的性能
镁橄榄石砂与传统的石英砂相比有如下特点：
(1)导热性能好，热膨胀缓慢均匀，不易产生夹砂。
(2)无游离的SiO
存在，无硅尘危害，浇注时无CO气体产生，生产环境良
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好。
(3)耐火度高(1 700 ℃)，抗金属氧化物侵蚀能力强，特别对高锰钢铸件有很高的化学稳定性，能有效防止铸件的化学粘砂和机械粘砂，铸件表面光洁，轮廓清晰，尺寸准确，合格率高。
(4)回收利用率高。
此外，用镁橄榄石粉作为涂料具有触变性好，屈服值适宜、悬浮率高，易涂挂，涂层强度高，高温爆热不开裂、抗粘砂性强、铸件表面光洁、涂层烧结成壳自行剥离等优良性能。
镁橄榄石砂(粉)属碱性，抗碱性熔渣能力强，而且耐火度高，能抵御高锰钢金属液体的冲刷，同时成本较低，将其应用于高锰钢铸件的消失模铸造中已显示出优越性。
2 镁橄榄石粉涂料
随着消失模铸造工艺的发展和应用，涂料技术在整个工艺中的地位显得越来越重要。涂料能提高泡沫塑料模样的强度和刚度，防止在填砂振动时模样破坏或变形，防止金属液渗入型砂或铸型塌陷，保证铸件的表面光洁。涂料性能的好坏及成本的高低直接影响到铸件的品质以及产品的经济效益。经过无数次的试验，选定了1个比较合理的配制方法，效果十分理想。高锰钢属碱性金属液，因此需配制碱性较强的涂料。
2.1 混制工艺
粘结剂+镁橄榄石粉
无水碳酸钠+膨润土搅匀入罐+CMC+乳白胶搅拌4 h出料。
2.2 涂敷工艺
采用浸涂及刷涂相结合的方法涂敷涂料。先用浸涂的方法进行大面积浸涂，局部涂挂不良之处，再进行刷涂，然后将其平稳地放入烘房进行烘烤，烘干温度为45～50 ℃。烘干后再刷第2遍，使涂层厚度在1～2 mm以内。第1遍涂料稍稀一点，第2遍、第3遍涂料里应适当加入发泡剂以增加涂层的透气性。
用镁橄榄石粉配制的涂料成功地生产了磁性衬板(最小8 kg，壁厚8 mm)、电铲斗齿(130 kg)、球磨机衬板、格子板等十几种，最大的有300多公斤，铸件表面光洁、平整、无粘砂现象。
3 镁橄榄石砂造型
石英砂因其成本低廉，倍受国内许多铸造厂家的青睐。石英砂属酸性材料，其中的SiO
极易与呈碱性的高锰钢金属液中的MnO2发生化学反应，生成低熔点
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的化合物，从而造成严重的化学粘砂，影响铸件的外表光洁度，有些甚至造成铸件的报废。因此，在高锰钢的消失模铸造中，采用石英砂作为造型材料是不适宜的。
镁橄榄石砂属碱性材料、耐火度高，而且价格适中，同时不会产生硅尘污染，用镁橄榄石砂生产高锰钢铸件将不会产生以上现象，铸件的表面光洁度大大提高，且浇注后90%的砂子还可以回用。
2年多的生产实践证明，该镁橄榄石砂是生产高锰钢件理想的造型材料。
4 效益
以镁砂粉涂料为例，其中的骨料为电熔镁砂粉3 000～3 400元/t，而镁橄榄石粉为400～600元/t，仅骨料每吨可节约2 600～2 800元/t。从中计算出每吨高锰钢铸件可节约涂料费用52～56元。再加上因使用镁橄榄石砂而降低废品率所节约的费用，经济效益是十分可观的。
过程考核评价指标 课程即将结束，现将课程过程评价包含内容及评分指标点发送给各位同学，请大家按照要求完成课程作业、课堂笔记及项目汇报三部分内容。项目汇报部分将在周三课堂上进行具体讲解。 附本课程学习完成之后学生应达到的能力要求： 课程目标1：掌握必要的铸造造型材料的基本知识，基于理论知识能分析、解决造型材料问题，提出解决方案并对方案进行比较和综合。 课程目标2：掌握铸造用典型铸造造型材料的特性、应用原理和使用方法，基于满足的特点条件，能够对材料性能、工艺方法进行选择，初步具有应型材料的能力。 课程目标3：能够利用课程原理和方法，在对问题进行分析和比较的基础上，设计出可行的实验方案，并能使用各种工具、实验仪器和设备获取实验数据，通过对实验数据进行分析得到合理结论。 一、课程作业 （1）简述硅砂结构和相变，阐述砂型铸造原砂为什么多选用石英质砂？（从内因、外因分析），并举例说明什么情况下会考虑选择非石英质砂？ （2）阐述粘土粘结机理，并分析耐火粘土粘结力比膨润土差的原因？ （3）简述粘土湿型砂产生机械粘砂、夹砂、侵入性气孔的形成机理，你分别采取什么途径预防？（每个途径至少要有一种解决的具体措施） （4）简述水玻璃的重要参数有哪些？并计算某铸造用水玻璃，其w（SiO2）=29.1%，w（Na2O）=10.1，请问这种水玻璃的模数是多少？如果要将其模数降到2.65， 每千克钠水玻璃需加入固体NaOH多少克？ （5）水玻璃砂存在的主要问题是什么？你认为应该主要从什么途径去改善。每种途径说出一个具体工艺措施。 （6）比较壳型用酚醛树脂与自硬甲阶酚醛树脂的主要区别是什么？ （7）简述三乙胺法硬化和SO2法的硬化机理是什么？归纳分析两种吹气硬化方法的异同点？ （8）分析树脂砂氮气孔产生的原因是什么？有哪些预防措施？ （9）根据粘土砂中砂温对性能的影响，简述砂温对树脂自硬砂性能的影响及砂温的有效控制措施？ （10）目前，国内大型铸钢件生产企业主要采用碱性酚醛树脂砂、呋喃树脂砂和酯硬化水玻璃砂三种工艺，请根据所学知识和查阅资料从铸件质量、生产成本和节 能环保效益方面进行分析。 二、作业提交要求 作业（1）-（5）为第一次作业；作业（6）-（9）为第二次作业；作业（10）为第三次作业，作业每次作业建立一个文档，文档命名为：第x作业，作业要求提交电子版，要 求题目采用黑体四号不加粗，回答采用楷体小四号不加粗，题目段前段后空一行（在段落→间距里选择段前段后一行），回答正文行间距1.5倍。作业最好三次一起
一、高锰钢分类及简介 1、高锰钢的来源 1882年第一次获得奥氏体组织的高锰钢，1883年英国人哈德菲尔德(R．A．Hadfield)取得了高锰钢专利。高锰钢依其用途的不同可分为两大类： 2、耐磨钢 这类钢含锰10％～15％，碳含量较高，一般为0.90％～1.50％，大部分在1．0％以上。其化学成分为(％)： C0．90～1．50Mn10.0～15．0 Si0．30～1.0 S≤0.05 P≤0.10这类高锰钢的用量最多，常用来制作挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。 上述成分的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℃，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。热处理后力学性能为：σb615～1275MPa σ0.2340～470MPa ζ15％～85％ψ15％～45％ aKl96～294J／cm2 HBl80～225 高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解，当其数量较少符合检验标准时，仍可使用。 奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形。形变强化的结果，在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高。低冲击载荷时，可以达到HB300～400，高冲击载荷时，可以达到HB500～800。随冲击载荷的不同，表面硬化层深度可达10～20mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下，有优异的抗磨性能，故常用于矿山、建材、火电等机械设备中，制作耐磨件。在低冲击工况条件下，因加工硬化效果不明显，高锰钢不能发挥材料的特性。 中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是：ZGMn13—1(C 1.10％～ 1.50％)用于低冲击件，ZGMn13—2(C1.00％～1.40％)用于普通件， ZGMn13—3(C0.90％～1.30％)用于复杂件，ZGMn13-4(C0.90％~1.20％)用于高冲击件。以上4种牌号钢的锰含量均为11.0％～14.0％。 在冲击载荷作用的冷变形过程中，由于位错密度大量增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化。这是加工硬
浅谈产品造型材料的选择 当人们物质生活还不富裕时,对产品的要求更多地倾向于产品的功能性和机械性。当社会发展、物质生活提高到一定程度时,人们对产品的要求、产品设计的重点也随之转向造型感觉、造型个性方面。 产品的造型形象,是其自身功能的感性呈现,它表达了产品功能、结构、形态所特有的秩序感和合乎目的性。但真正体现设计师的设计水平,则取决于设计者对材料与产品结构的理解和感受程度。优秀的设计师必须善于利用这两大因素,让材料与产品的结构进入设计师的畅想之中,创造出丰富的产品以适应人们不同心理需求,并反映出具有当代特色的设计产品。科学技术的突飞猛进为材料科学的应用开辟了新的道路,新材料的层出不穷更为现代设计提供了选择的广阔天地。设计师在注意材料的使用性能时,也应注意到材料的工艺性能,经济成本以及材料的废弃再利用。同时,还应注意材料的外观特征、机理感受,只有在对材料的综合平衡和材料把握的基础上,才能让材料在新的组合、新的形态中一展风采,从而获得最佳的视觉效果。 因此,材料的合理设计、材料的灵活运用成为衡量设计成败的关键之一。笔者认为材料的合理选择,不仅关系到产品的造型设计,而且还涉及到产品的生产成本以及消费者的利益。本文将就这个问题略谈一、二。 一、材料的选择必须考虑产品的使用性能 材料的选择必须满足产品的使用性能。由于产品的功能不同,因此在性能上对材料的要求也有所差异。如;电熨斗的功能是利用电能转化为热能,从而达到熨平衣服的目的,因此,要求熨斗的底板应具有良好的导热性能和耐热性能,而把手因为必须与人直接接触,要求采用具能绝缘又能隔热且具舒适感的材料,所以电熨斗选用了不锈钢与塑料配合或直接采用塑料。 二、材料的选择必须考产品的使用环境 材料除了应满足产品的使用要求外,还应注意考虑产品的使用环境,不同的材料具有不同的环境适应性。如:聚脂材料具有较好的耐候性,适合作室外造 型材料,聚氯乙稀则因为易老化、脆化而只能作室内材料。着色铝合金是极好的造型材料,但经过不同表面处理得到的着色铝合金具有不同的适应性:有机染色的铝合金经日晒后易褪色,宜作室内餐具、灯具及装饰板,电解着色的铝合金则能耐紫外线,宜作室外装饰板材。 三、材料的选择必须考虑材料的感觉物性 感觉物性是通过人的视觉或触觉对材料作出的综合印象。材料的感觉物性难以测量,有的异质同感,有的同感异质。在产品设计中,设计师对材料的感觉物性的认识非常重要,如何合理运用和设计材料的感觉物性来创造产品的美感,是设计师们的艰巨任务之一。 如:木材具有温暖感,利用木材的天然纹理和芳香气味制作的家具给人以舒适美好的感觉;天然大理石、花岗岩给人以稳重、雄伟、庄严之感,则多用以各种高档建筑、名胜古迹的修复以及地铁、园林等公共场合的建设。黑色的钢铁材料给人以单调沉闷之感,但经过化学处理后得到的彩色不绣钢在保持同样金属光泽下却具有色彩鲜艳、柔和之感,可直接用以仪器、仪表、家用电器以及精密机械的制造上。而不同的材质如金属和塑料则能经过同样的电镀处理得到一致的视觉质感,从而给产品设计带来了选材的多样性。 因此,合理的利用材料的感觉物性,会给产品设计带来画龙点睛的效果。 四、材料的选择必须考虑材料的加工工艺、企业设备等。这样,以题养人,明确务,导师用人,可以密切师生关系,也便于导师对研究生的指导和管理。横向课题的经费是研究生培养经费的必要补充,有时是一个更为重要的部分。横向课题及经费的申请也应包括研究、开发人员的津贴。 五、材料的选择必须考虑产品的成本
高锰钢与超高锰钢铸件生产技术要点在高能量冲击的工作条件下，高锰钢与超高锰钢铸件的应用范围是广阔的。许多铸造厂，对生产此类钢种铸件缺乏必要的认识。现对具体操作做简要的说明，供生产者参考。 1化学成分 高锰钢按照国家标准分为5个牌号，主要区别是碳的含量，其范围是％－％。受冲击大，碳含量低。锰含量在％－％之间，一般不应低于13％。超高锰钢尚无国标，但锰含量应大于18％。硅含量的高低，对冲击韧度影响较大，故应取下限，以不大于％为宜。低磷低硫是最基本的要求，由于高的锰含量自然起到脱硫作用，故降磷是最要紧的，设法使磷低于％。铬是提高抗磨性的，一般在％左右。 2炉料 入炉材料是由化学成分决定的。主要炉料是优质碳素钢（或钢锭）、高碳锰铁、中碳锰铁、高碳铬铁及高锰钢回炉料。这里特别提醒的是有人认为只要化学成分合适，就可以多用回炉料。这个认识是有害的。某些厂之所以产品质量不佳，皆出于此。不仅高锰钢、超高锰钢，凡是金属铸件，绝不可以过多的使用回炉料，回炉料不应超过25％。那么，回炉料过剩该如何只要把废品降到最低，回炉料就不会过剩。3熔炼 这里着重讲加料顺序，无论用中频炉，还是电弧炉熔炼，总是先熔炼碳素钢，而各类锰铁和其他贵重合金材料，要分多次，每次少量入炉，贵重元素在最后加入，以减少烧损。料块应尽量小些，以50－80mm
为宜。熔清后，炉温达到1580－1600℃时，要脱氧、脱氢、脱氮，可用铝丝，也可用Si-Ca合金或SiC等材料。将脱氧剂一定压到炉内深处。金属液面此时用覆盖剂盖严，隔断外界空气。还要镇静一段时间，使氧化物、夹杂物有充足时间上浮。然而，不少企业，只将铝丝甚至铝屑，撒在金属液面上，又不加覆盖，岂不白白浪费！在此期间，及时用中碳锰铁来调整锰与碳的含量。 钢液出炉前，将浇包烘烤到400℃以上是十分必要的。在出炉期间用V-Fe、Ti-Fe、稀土等多种微量元素做变质处理，是使一次结晶细化的必要手段，它对产品性能影响是至关重要的。 4炉料与造型材料 要延长炉龄，当分清钢种与炉衬的属性。锰钢属碱性，炉衬当然选用镁质材料。捣打炉衬要轮番周而复始换位操作。添加炉衬材料不可过厚，每次80毫米左右为宜，捣毕要低温长时间烘烤。如提高生产效率，笔者建议采用成型坩埚（沈阳力得厂和恒丰厂均有成品出售），从拆炉到装成，不用1小时，即可投入生产，同时成型坩埚对防穿炉大有裨益。当然，炉龄的长短与操作者大有关系。不少操作者像掷铅球的运动员一样，把炉料从三四米之外投入炉内，既不安全又伤炉龄，应将炉料置于炉口旁预热，然后用夹子慢慢地将炉料顺炉壁放入。 造型材料和涂料也应与金属液属性相一致，或者用中性材料（如铬铁矿砂、棕刚玉等）。若想获得一次结晶细化的基体，采用蓄热量大的铬铁矿砂是正确的，尤其是消失模生产厂，用它将克服散热慢的缺点。5铸造工艺设计
高锰钢分类及简介 一、高锰钢分类及简介 、高锰钢的来源1年英国人哈德菲尔德1883 1882年第一次获得奥氏体组织的高锰钢，
取得了高锰钢专利。高锰钢依其用途的不同可分为两大Hadfield)A．(R．类：、耐磨钢2％，大部1.500.90％～10％～15％，碳含量较高，一般为这类钢含锰 )％：．0％以上。其化学成分为(分在10 15．1．50Mn10.0～ C0．90～这类高锰钢的用量最多，常用来制作30～1.0 S ≤0.05 P≤0.10 Si0． 挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。上述成分的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。通常使用的保温消除铸态组织，～1100℃，即将钢加热到热处理方法是固溶处理，1050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。％0.2340～470MPa ζ15％～85热处理后力学性能为：σb615～1275MPa σ 225 ～／cm2 HBl80％ψ15％～45 aKl96～294J高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解，当其数量较少符 合检验标准时，仍可使用。奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形。形变 强化的结果，在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高。～，高
冲击载荷时，可以达到HB500低冲击载荷时，可以达到HB300～400。高硬度的 硬化层～20mm800。随冲击载荷的不同，表面硬化层深度可达10可以抵抗冲击磨料磨损。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下，有优异的抗磨性能，故常用于矿山、建材、火电等机械设备中，制作耐磨件。在低冲击工况条件下，因加工硬化效果不明显，高锰钢不能发挥材料的特性。％～1(C 1.10中国常用的高锰钢的牌 号及其适用范围是：ZGMn13— 用于普通件，％)％～ZGMn13—2(C1.001.40用于低冲击件，1.50％)用％~1.20)用于复杂件，％～3(C0.901.30％)ZGMn13-4(C0.90％—ZGMn13 14.0％～％。11.04于高冲击件。以上种牌号钢的锰含量均为在冲击载荷作用的冷变形过程中，由于位错密度大量增加，位错的交 割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化。这是加工硬 化的重要原因。另一个重要原因则是高锰奥氏体的层错能低，形变时容易马氏 体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。常出现堆垛层错，从而为ε规成分的 高锰钢的形变硬化层中常可以看到高密度位错、位错塞积和缠结。马氏体和形 变孪晶的出现使钢难以变形，尤其是后者的作用更大。上述ε各种因素都使 高锰钢的硬化层得到很高程度的强化，硬度大幅度提高。 高锰钢极易加工硬化，因而很难加工，绝大多数是铸件，极少量用锻 14()()℃)，钢的压方法加工。高锰钢的铸造性能较好。钢的熔点低(约为50℃)，钢的导热性低，因此钢水流动性约为液、固相线温度间隔较小，(2的5倍，为 碳素钢好，易于浇注成型。高锰钢的线膨胀系数为纯铁的1．倍，故铸造时体
高锰钢工艺 1．高锰钢有哪几种？其性能如何？ 锰含量约为11％～18％的钢称高锰钢。常用的铸造高锰钢ZMn13的化学成分为：Mn含量11％～14％，c含量1.0％～1.4％，Si含量0.3％～1.0％，P 含量<0.03％，S含量<0.05％。 高锰钢是一种耐磨钢，经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的塑性和冲击韧性。所谓水韧处理，就是把钢加热到1000℃～1100℃，保温一段时间，使钢中的碳化物全部溶入奥氏体中，然后迅速冷却，使碳化物来不及从奥氏体中析出，从而保持了单一的均匀的奥氏体组织。经过水韧处理的高锰钢称为高锰奥氏 体钢。其力学性能为：σ b =980 MPa，σs=392 MPa，HB210，δ=80％，α k =2.94 MJ ／m2。 高锰钢具有很高的耐磨性，虽然它的硬度只有HB210，但它的屈服点σs 较低，只有σb的40％，因此具有较高的塑性和韧性。高锰钢在受到外来压力和冲击载荷时，会产生很大的塑性变形或严重的加工硬化现象，钢被剧烈强化，硬度显著提高，可达HB450～550，因此有了较高的耐磨性。 高锰钢可分为高碳高锰耐磨钢、中碳高锰无磁钢、低碳高锰不锈钢和高锰耐热钢。几种高锰钢的牌号和性能见表5-1。
2．高锰钢有哪些切削加工特点？ 高锰钢锰含量高达11％～18％，具有较高的塑性和韧性，在切削加工中有以下特点： (1)加工硬化严重：高锰钢在切削过程中，由于塑性变形大，奥氏体组织转变为细晶粒的马氏体组织，从而产生严重的硬化现象。加工前硬度一般为 HB200～220，加工后表面硬度可达HB450～550，硬化层深度0.1～0.3 mm，其硬化程度和深度要比45号钢高几倍。严重的加工硬化使切削力增大，加剧了刀具磨损，也容易造成刀具崩刃而损坏。 (2)切削温度高：由于切削功率大，产生的热量多，而高锰钢的导热系数比不锈钢还低，只有中碳钢的1/4，所以切削区温度很高。当切削速度Vc<50 m/min 时，高锰钢的切削温度比45号钢高200℃～250 ℃，因此，刀具磨损严重，耐用度降低。 (3)断屑困难：高锰钢的韧性是45号钢的8倍，切削时切屑不易拳曲和折断。 (4)尺寸精度不易控制：高锰钢的线膨胀系数与黄铜差不多，在高的切削温度下，局部产生热变形，尺寸精度不易控制。切削高锰钢时，应先进行粗加工，工件冷却后再进行精加工，以保证工件的尺寸精度。 3．怎样通过热处理改善高锰钢的切削性能？ 金属材料的切削性能主要取决于材料的力学、物理性能，如：强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性及线膨胀系数等。通过热处理可以改变金属材料的力学、物理性能，从而改善其切削性能。改善高锰钢的切削性能可以通过高温回火来实现。将高锰钢加热至600℃～650℃，保温两小时后冷却，使高锰钢的奥氏体组织转变为索氏体组织，其加工硬化程度显著降低，加工性能明显改善。加工完成的零件在使用前应进行淬火处理，使其内部组织重新转变为单一的奥氏体组织。 4．切削高锰钢时怎样选择刀具材料？
《产品造型设计材料与工艺》课程标准 课程名称：产品造型设计材料与工艺 课程编码：11912010 课程类型：理实一体化 开课部门：艺术设计系工业设计教学团队 规定课时：48 一、前言 1．课程性质 《产品造型设计材料与工艺》是产品造型设计专业的核心课程，是高等职业技术学院艺术设计类专业实践性很强的一门专业课，是提高学生职业技能，并结合目前市场定位以及工业设计企业用人需求而重点开设的课程。课程的开发与实施由常州智丰工业设计有限公司合作参与，属于校企合作课程。本课程内容设计重在培养学生产品造型设计中的材料与加工工艺运用能力，围绕产品造型材料与加工工艺的能力要求，通过系统产品设计中的材料与加工工艺，系统学习材料学与加工学的相关知识，依据国家相关技术要求，组织学生完成材料学、加工学的具体知识，培养学生的产品设计基础能力。 2．课程定位 产品造型设计材料与工艺是产品造型设计专业专项能力课程，该课程的核心技能是了解熟悉产品造型专业中材料加工与工艺学。产品数位板设计表现技法是根据产品造型设计专业专业人才培养方案中职业岗位及职业能力分析表中的工作任务来设置的。 前导课程：工业设计概论、产品手绘设计表现技法、计算机辅助二维造型设计。 后续课程：产品设计基础、产品设计制图、产品造型设计材料与工艺、产品工学设计等。 3．课程设计思路 本课程内容设计重在培养学生产品造型设计中的材料与加工工艺运用能力，围绕产品造型材料与加工工艺的能力要求，通过系统产品设计中的材料与加工工艺，系统学习材料学与加工学的相关知识，依据国家相关技术要求，组织学生完成材料学、加工学的具体知识，培养学生的产品设计基础能力。 为充分体现任务引领、项目导向课程思想，本课程根据产品造型设计专业人才培养方案中职业岗位及职业能力分析表中的产品数位板设计表现技法为主要的教学内容，展开以设计材料的成型与加工工艺详述、设计材料的感性特征及应用等内容安排，选择具有代表性的一个产品造型材料设计的整体设计过程为载体组织项目课程内容。
造型材料 学号XXXXX 姓名 XXX 班级XXX 引言：造型材料的含义很广，凡是用来制造铸型（芯）的材料都属于造型材料。造型材料在铸造生产中占有非常重要的地位，其质量的好坏直接影响铸件的质量、生产效率和生产成本。由此可见，铸件生产中70％左右的成本和60％以上的质量问题都与造型材料有关。此节，我们主要了解什么是造型材料，造型材料有哪些，分别有什么优势，以及造型材料的发展状况及未来的挑战。 一、什么是造型材料？ 造型材料的含义很广，凡是用来制造铸型（芯）的材料都属于造型材料，如制造砂型所用的型砂、涂料和它们的组成材料，制造金属型用的钢、铸铁或铜，制造其他特种铸型用的石墨、石膏、陶瓷浆料等。实际上，在现代铸造生产中，最普遍使用的是砂型。在世界范围内，用砂型生产的铸件占应用各种铸型生产铸件的80％以上。因此，在铸造行业里，一般说到造型材料，通常指的是砂型铸造用的造型材料，包括所用的各种原材料、造型、制芯混合料及涂料等。 1.1 铸造用砂 （一）湿型砂用原材料：石英砂 铸造生产中使用最大的是原砂，原砂是耐高温材料，是型砂的主体（骨料），常用二氧化硅含量较高的硅砂作为原砂。以下主要介绍硅砂： 1、主要杂质硅砂中除了硅石（二氧化硅，即石英）外，还含有长石、云母、碱性金属氧化碳酸盐以及粘土、泥土等。长石，常见的有钾长石、钠长石、钙长石。其熔点低、硬度低、较易破碎、降低砂的耐用性和耐火度。云母，分白云母和黑云母两种，熔点、硬度低，会降低砂的耐用性。碱性金属氧化物，其易与氧化铁和二氧化硅形成低熔点化合物，从而造成化学粘砂。泥土，泥土无粘性或粘性差（无活性），只会堵塞砂粒间隙，造成透气性差，型砂变脆，起模性差。 2、砂的颗粒特性指砂粒大小、分布情况、颗粒形状和表面状况。影响型砂透气性、强度、耐火度及粘结材料加入量。粒度大，混制出的型砂透气性好，透气率高，可避免产生气孔；颗粒形状有圆形、椭圆、钝角形、方角形和尖角形之分。大部分为圆形的原砂配制出的型（芯）砂，强度、透气性及其他性能都较好（如流动性、成型性等），而尖角形砂配制的型砂强度高，透气性差，其他综合性能也较差。 3、砂的体积热变化指硅砂在加热过程中产生膨胀，有两种：一是因温度升高而产生的相变膨胀（573℃时晶格转变），影响较大。 （二0非石英质原砂 虽然硅砂来源广，，能满足一般铸铁，铸钢和非铁合金铸件生产要求，但是也有一些缺点，热膨胀系数较大，热扩散率较低，蓄热系数较低，且生产高合金铸件易发生粘砂缺陷。 非石英质砂目前可用的有橄榄石砂、锆砂，铬铁矿砂、石灰石砂，镁砂，刚玉砂、等等 粘结材料 1.2 粘合剂 （1）无机化学粘合剂 （一)铸造用粘土粘土分为高岭石粘土和蒙脱石粘土（膨润土）两大类，高岭石类
高锰钢分为两大类，一类是耐磨钢，一类是无磁钢。这里主要涉及耐磨钢。这类钢含锰10％～15％，碳含量较高，一般为0.90％～1.50％，大部分在1．0％以上。其化学成分为(％)： C0．90～1．50Mn10.0～15．0 Si0．30～1.0 S≤0.05 P≤0.10这类高锰钢的用量最多，常用来制作挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。 上述成分的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℃，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。热处理后力学性能为：σb615～1275MPa σ 0.2340～470MPa ζ15％～85％ψ15％～45％ aKl96～294J／cm2 HBl80～225 高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解，当其数量较少符合检验标准时，仍可使用。 奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形。形变强化的结果，在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高。低冲击载荷时，可以达到HB300～400，高冲击载荷时，可以达到HB500～800。随冲击载荷的不同，表面硬化层深度可达10～20mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下，有优异的抗磨性能，故常用于矿山、建材、火电等机械设备中，制作耐磨件。在低冲击工况条件下，因加工硬化效果不明显，高锰钢不能发挥材料的特性。 中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是：ZGMn13—1(C 1.10％～1.50％)用于低冲击件，ZGMn13—2(C1.00％～1.40％)用于普通件，ZGMn13—3(C0.90％～1.30％)用于复杂件，ZGMn13-4(C0.90％~1.20％)用于高冲击件。以上4种牌号钢的锰含量均为11.0％～14.0％。 在冲击载荷作用的冷变形过程中，由于位错密度大量增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化。这是加工硬化的重要原因。另一个重要原因则是高锰奥氏体的层错能低，形变时容易出现堆垛层错，从
产品造型材料与工艺复习资料 1、材料的装饰特性主要包括光泽、色彩、纹理及花样、质感四个方面的因素。 2、按钢中合金元素含量高低，可将合金钢分为低合金钢、中合金钢、 高合金钢。 3、树木按树叶形状的不同，可分为阔叶树、针叶树两大类。 4、按材料的来源分类，设计材料可分为：天然材料、加工材料、合成材料。 5、玻璃是把加热到熔点以上的熔融液体适当的急冷，在不析晶的情况下硬化形成的具有各 向同性的无定型物质。 6、塑料按树脂分子及热性能可分为热固性塑料和热塑性塑料。 7、金属材料力学性能的主要指标有硬度、强度、冲击韧性、疲劳强度。 8、磷、硫是钢材中主要有害元素。 9、建筑陶瓷的两种主要制品大类是釉面砖和卫生陶瓷。电工陶瓷 的绝縁性和力学性能优良。 10、橡胶制品的成形工艺有：压延工艺、压出工艺、注射成形工艺。 11、树干由树皮、木质部和髓心三部分组成。 12、黄铜是铜和锌的合金。 13、木材在同一年轮中由早材和晚材组成。 14、涂料的功能主要有：保护作用、装饰作用、特殊作用。 15、纯铁的塑性好，强度低。低碳钢可用作冲压和焊接零件； 中碳钢经调质处理后，可获得良好的综合机械性能； 高碳钢可制作高强度的轴类零件。 16、产品设计应遵循的三个基本原则是：使用性原则、工艺性原则、性价比原则。 17、金属中的有色金属主要是指铜、铝、镁等。 18、金属材料可分为有色金属、黑色金属。
19、塑料的主要缺点是：耐热性差、易于燃烧产生有毒气体、不易降解。 16、质感的两个概念：质感的形式要素机理，即物面的几何细部特征；质感的内容要素质地， 即物面的理化类别特征。 20、金属具有良好的反射能力、金属光泽及不透明性、良好的塑性变形能力、良好的导电性、 导热性和正的电阻温度系数。 二、选择题 1、塑料助剂的加入可改善塑料的某些性能，下列何种助剂加入可提高其流动性。C A．填充剂B．稳定剂C．润滑剂D．阻燃剂 2、在加工玻璃时，不能切割加工的玻璃是( D )。 A．压花玻璃B．磨砂玻璃C．铀面玻璃D．钢化玻璃 3、花岗岩属于下列岩石的哪一种? A A．深成岩 B．喷出岩C．火山岩D．变质岩 4、根据化学成分的不同分类，下列不包含在有色金属材料类别中的是( A) A．不锈钢B．铝C．铜D．钛金 5、下列哪种材料是属于软木树材? C A．柳树 B．杨树C．松树D．榆树 6、用于卫生间门窗，从一面看另一面模糊不清，即透光、不透视的是( C ) A．磨光玻璃B．镀膜玻璃C．磨沙玻璃D．变色玻璃 7、不锈钢指主要在钢材中加入______元素。( B) A．锌B．铬C．铜D．镍 8、下列有关热塑性塑料描述正确的是（ B ）。 A．成形加工后再次加热时不会变软B．成形加工后再次加热时能够变软 C．只有物理变化，没有化学变化D．只有化学变化，没有物理变化 9、下列哪一种板材与胶合板不属于同一种类？C A．纤维板B．细木工板C．石膏板D．密度板 10、在塑料中最主要组成材料是（ C ） A．滑石粉 B．阻燃剂C．树脂D．二丁酸
影响高锰钢力学性能的几个因素 【摘要】论述了影响高锰钢力学性能的因素有碳化物、夹杂物、化学成分、晶粒度。经实践摸索，我们认为碳化物、夹杂物是影响高锰钢力学性能的主要因素，在检验过程中应严格控制。根据我厂实际情况，对成分控制比较严格，一般都能达到成分要求，所以对性能影响也不会太大。当不存在穿晶现象时，晶粒度对高锰钢的力学性能影响较小，在检验过程中可做为一般检验项目。 高锰钢是历史最悠久，也是世界各国通用的一种抗磨钢。这种钢适用于在重力冲击或挤压的工作条件下经受摩擦的零件，这种奥氏体钢具有加工硬化性质，在冲击或重力挤压下，其表层发生加工硬化现象，硬度比原来大幅提高，可达到450～550HBW，而冲击韧度相应有所降低。这种具有高硬度的表层使铸件具有良好的抗磨性，至于铸件的内部则由于没有受到加工硬化，仍旧保持其原有的硬度和良好的韧性。当铸件的工作表面被磨掉一层后，显露出来的新的一层又被加工硬化，而同样获得了高的硬度，由于表层具有高硬度而内部具有良好的韧性这两方面很好的结合，所以铁路道岔中高锰钢辙叉铸件就是利用这一特性制造的。为了保证高锰钢的这种力学性能，必须严格检查其关键项点，使产品保质保量，避免生产过程中出现废品。 一、高锰钢的铸态组织 含Mn=11％～14％、C=0.9％～1.4％的钢，在900℃以上时，具有单一奥氏体组织，当温度降低到约900℃以下时将有碳化物Fe3C析出，
当温度继续下降至620℃左右时，开始共析转化，并一直持续到约300℃时终了，在这样平衡条件下得到的金相组织为铁素体和碳化物。但在铸造条件下，高锰钢结晶过程中的冷却速度大于平衡条件，因此组织转变不能按平衡条件进行，而是共析转化来不及发生，得到的金相组织是由奥氏体和碳化物组成的。 二、对影响高锰钢力学性能的因素探讨 1.碳化物对高锰钢性能的影响：无论是构成网状的析出碳化物还是未熔碳化物，对高锰钢力学性能的影响非常大，使其冲击值及抗拉强度大大降低，远远低于标准规定的数值，Rm≥750MPa，ak≥147j/cm2，所以，碳化物会严重影响高锰钢的力学性能，在检查时应严格控制。 2.非金属夹杂物对高锰钢性能的影响：碳化物不仅影响高锰钢的力学性能，非金属夹杂物的含量对钢的性能也有显著影响。高锰钢由于含大量的锰，因而在钢液中会产生大量的氧化锰(MnO)，由于氧化锰在钢液中的溶解度很大，而在固态钢中的溶解度极小，因此在钢液凝固时，大量的氧化锰以非金属夹杂物的形式析出在钢的晶界上，降低钢的冲击韧度，并使铸件的热裂纹倾向增大。因为在冶炼高锰钢时，要求钢液脱氧良好，尽量降低钢液中氧化锰的含量。另外，由于非金属夹杂物的强度和塑性都很低，它们在钢液中的作用有如空洞或裂纹一样，割裂钢的本体，降低钢的性能。非金属夹杂物越多，对钢的本体割裂作用越大，显著降低钢的性能，且随着钢中夹杂物数量的增多，钢的性能大幅降低。
1＜高猛钢有哪几种其性能如何 猛含量约为11%?18%的钢称高镒钢。常用的铸造高镭钢ZMnl3的化学成分为：Mn含量11%?14%, C含量％?％，Si含量％?％, P含量＜%, S含量＜%。 高猛钢是一种耐磨钢，经过水韧处理的高镭钢可以得到较高的塑性和冲击韧性。所谓水韧处理，就是把钢加热到IOOO O C?1100°C,保温一段时间，使钢中的碳化物全部溶入奥氏体中，然后迅速冷却，使碳化物来不及从奥氏体中析出, 从而保持了 单一的均匀的奥氏体组织。经过水韧处理的高镭钢称为高猛奥氏体钢。其力学性能为：O b=980MPa, σs=392 MPa, HB210, δ =80%, Qk=MJ / 高猛钢具有很高的耐磨性，虽然它的硬度只有HB210,但它的屈服点OS较低, 只有Ob的40%,因此具有较高的塑性和韧性。高镭钢在受到外来压力和冲击载荷时，会产生很大的塑性变形或严重的加工硬化现象，钢被剧烈强化，硬度显著提高，可达HB450?550,因此有了较高的耐磨性。 高镒钢可分为高碳高猛耐磨钢、中碳高猛无磁钢、低碳高猛不锈钢和高猛耐热钢。儿种高镭钢的牌号和性能见表54。 1 2. 高链钢有哪些切削加工特点 高猛钢猛含量高达11%?18%,具有较高的塑性和韧性，在切削加工中有以下特点：
(1) 加工硬化严重：高猛钢在切削过程中，山于塑性变形大，奥氏体组织转变为细晶粒的马氏体组织，从而产生严重的硬化现象。加工前硬度一般为HB200?220,加工后表面硬度可达HB450?550,硬化层深度?mm,其硬化程度和深度要比45号钢高儿倍。严重的加工*更化使切削力增大，加剧了刀具磨损，也容易造成刀具崩刃而损坏。 (2) 切削温度高：山于切削功率大，产生的热量多，而高镒钢的导热系数比不锈钢还低，只有中碳钢的1/4,所以切削区温度很高。当切削速度Vc<50 m/min 时，高镭钢的切削温度比45号钢拓200。C?250 °C,因此，刀具磨损严重，耐用度降低。 ⑶断屑困难：高猛钢的韧性是45号钢的8倍，切削时切屑不易拳曲和折断。 (4)尺寸精度不易控制：高镒钢的线膨胀系数与黃铜差不多，在高的切削温度下，局部产生热变形，尺寸精度不易控制。切削高猛钢时，应先进行粗加工，工件冷却后再进行精加工，以保证工件的尺寸精度。 3. 怎样通过热处理改善高锈钢的切削性能 金属材料的切削性能主要取决于材料的力学、物理性能，如：强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性及线膨胀系数等。通过热处理可以改变金属材料的力学、物理性能，从而改善其切削性能。改善高猛钢的切削性能可以通过高温回火来实现。将高镭钢加热至600°C?650o C,保温两小时后冷却，使高镭钢的奥氏体组织转变为索氏体组织，其加工硕化程度显著降低，加工性能明显改善。加工完成的零件在使用前应进行淬火处理，使其内部组织重新转变为单一的奥氏体组织。 4. 切削高猛钢时怎样选择刀具材料 高猛钢属难加工材料，对刀具材料要求较高。一般来说，要求刀具材料红硬性高、耐磨性好，有较高的强度、韧性和导热系数。切削高镭钢可选用硬质合金、金属陶瓷做刀具材科，也可以用CN25涂层刀片或CBN(立方氮化硼)刀具。□前应用最普遍的还是硬质合金，其中YG类硬质合金具有较高的抗弯强度和冲击韧性(与YT类硬质合金比较)，可减少切削时的崩刃。同时，YG类硬质合金的导热性较好，有利于切削热从刀尖散走，降低刀尖温度，避免刀尖过热软化。YG类硬质合金的磨加工性较好，可以磨出锐利的刃口。一般情况下，刀具的耐用度取决于刀具材料的红硬性、耐磨性和冲击韧性。YG类硬质合金中含钻量较多时，抗弯强度和冲击韧性好，特别是提高了疲劳强度，因此适于在受冲击和震动的条件下作粗加工用；含钻量较少时，其硬度、耐磨性和耐热性较高，适合作连续切削的精加工。 YT类硬质合金具有较高的硬度和较高的耐热性，但与YG类硬质合金相比，其强
材料对人类社会、对产品性能、对设计、效率。 质感：生理属性，物理属性。环境耐候性，加工成型性，表面工艺性性（涂装，电镀，氧化，着色）。柔软细腻，光洁，华丽轻巧朴实。 金属材料：具有光泽，富有延展性，容易导电，导热等。 机械性能：弹性，刚度，塑性，强度，硬度，动载荷，冲击特性，交变载荷。物理化学性能：比重，导热导电性，热膨胀性，磁性。。抗蚀性，抗氧化性。工艺性能：适应加工处理，锻造，铸造，焊接，切削加工性能。合金经过熔合。钢的 普通热处理：退火。正火，淬火，回火。钢 表面热处理：表面淬火，化学处理、渗碳、渗氮、碳氮共渗，淬火，神探淬火，退火。 铸铁：（灰口）最便宜、最方便、最广泛。强度高、现代化，但具有优良的铸造性能，耐磨性，切削加工性，减震性，低的缺口敏感性。 铝合金：银白色、比重小、导电性好、易钝化；塑性好、收缩率大，铸造性能差。。固溶性，塑性好，耐腐蚀。用途：（电料、电源插座的壳体、轨道灯、镇流器、座位的滑槽、骨架、原材料、装饰：门窗等方便易用，并适合单体小批量生产，加工容易。）连接。板、棒、型、线、箔材。 铜合金：导电性极好，导热性，塑性好，丝箔。铸造性能较差。轴套，船舶。耐腐蚀，耐磨。 工艺性能：铸造性能，锻造性能，焊接性能，机械加工性能，热处理工艺性。价格、规格统一、货源。（碳钢，锻、机、加好，热处理差，强度低。合金钢，锻、机、加不好，热处理好，强度高。）经济。成型工艺：焊接，机械加工，
热处理工艺。铸造工艺：把原料加热液态，在模具内冷却成型的一种生产工艺过程。即注塑。锻压工艺：利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。 工艺分析：轴类：毛坯成型：热轧、冷拨圆钢，锻造大坯。。齿轮：毛坯，铸造、锻造。 套筒类：短孔，钻孔，车孔，磨孔，攻丝。长套筒，毛坯，无缝管车外圆、深孔推镗，半精推镗，……精铰。冲压,弯曲,拉伸。 可拆装的连接：螺丝钉、螺栓、拉链、扣钉、卡扣、铆接、销接、插接、搭接、铰链、倒刺毛、丝带、电磁、挂钩。不可拆的连接：焊接、粘接、天线抽拉。 塑料：特性：原料来源广、性能优良、加工成型方便、具有一定的装饰性和现代质感。品种繁多，价格比较低廉，应用范围广。 优点：①质轻、比强度高②透明、易着色③对电、热、声有良好的绝缘性④耐磨、自润滑性能好⑤耐化学药品性缺点：①不耐高温②制品易变形③易老化 塑料的组成：合成树脂、填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、固化剂和其他成分。 鉴别方法：简易（燃烧法），对比鉴别，其他鉴别法。 聚乙烯：PE无臭，无毒,手感似蜡,具优良的耐低温性能化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀，常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能良。 用途：主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可
锰 锰最重要的用途就是制造合金----锰钢 锰钢的脾气十分古怪而有趣：如果在钢中加入2.5—3.5％的锰，那么所制得的低锰钢简直脆得象玻璃一样，一敲就碎。然而，如果加入13％以上的锰，制成高锰钢，那么就变得既坚硬又富有韧性。高锰钢加热到淡橙色时，变得十分柔软，很易进行各种加工。另外，它没有磁性，不会被磁铁所吸引。现在，人们大量用锰钢制造钢磨、滚珠轴承、推土机与掘土机的铲斗等经常受磨的构件，以及铁锰锰轨、桥梁等。 高锰钢 高锰钢(high manganese steel)是指含锰量在10％以上的合金钢。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。奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形。形变强化的结果，在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高。低冲击载荷时，可以达到HB300～400，高冲击载荷时，可以达到HB500～800。随冲击载荷的不同，表面硬化层深度可达10～20mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下，有优异的抗磨性能，故常用于矿山、建材、火电等机械设备中，制作耐磨件。在低冲击工况条件下，因加工硬化效果不明显，高锰钢不能发挥材料的特性。高锰钢极易加工硬化，因而很难加工，绝大多数是铸件，极少量用锻压方法加工。高锰钢的铸造性能较好。钢的熔点低(约为14()()℃)，钢的液、固相线温度间隔较小，(约为50℃)，钢的导热性低，因此钢水流动性好，易于浇注成型。高锰钢的线膨胀系数为纯铁的1．5倍，为碳素钢的2倍，故铸造时体积收缩和线收缩率均较大，容易出现应力和裂纹。为提高高锰钢的性能进行过很多合金化、微合金化、碳锰含量调整和沉淀强化处理等方面的研究，并在生产实践中得到应用。介稳奥氏体锰钢的出现则可较局gao大幅度降低钢中碳、锰含量并使钢的形变强化速度提高，可适用于高和中低冲击载荷的工况条件，这是高锰钢的新发展。 高锰钢按照国家标准分为5个牌号，主要区别是碳的含量，其范围是0.75％－1.45％。受冲击大，碳含量低。锰含量在11.0％－14.0％之间，一般不应低于13％。超高锰钢尚无国标，但锰含量应大于18％。硅含量的高低，对冲击韧度影响较大，故应取下限，以不大于0.5％为宜。低磷低硫是最基本的要求，由于高的锰含量自然起到脱硫作用，故降磷是最要紧的，设法使磷低于0.07％。铬是提高抗磨性的，一般在2.0％左右。 无磁钢 这类钢含锰大于17％，碳含量一般均在1.0％以下，常在电机工业中用于制作护环等。这类钢的密度为7.87～7.98g／cm3。由于碳、锰含量均高，钢的导热能力差。导热系数为12.979W／(m?℃)，约为碳素钢的1／3。由于钢是奥氏体组织，无磁性，其磁导率μ为1．003～1．03(H/m)。 Mn13奥氏体高锰钢是碳含量为0.9%～1.3%、锰含量为11%～14%的高合金钢。奥氏体高锰钢经过热处理后，具有很高的韧性，是一种非常强韧的非磁性合金，在冲击载荷作用下，表面
? ?基金项目：河南省杰出人才创新基金资助项目（项目编号：０６２１０００６００）。收稿日期：２００６－０３－２７收到初稿，２００６－０７－０３收到修订稿。作者简介：闫华（１９８２－），男，河南罗山人，硕士研究生，主要从事高强韧耐磨铸钢的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｈｕａ１９８２０９１５＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 闫 华１，谢敬佩１，王文焱１，李继文１，王爱琴１，张东海２，王 伟２ （１．河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳４７１００３；２．鞍钢集团鞍山矿山机械制造厂，辽宁鞍山１１４０４２） !!!!!" !" !!!!!" !" 摘要：优化了含Ｃｒ、Ｍｏ及ＲＥ－Ｓｉ－Ｆｅ变质处理超高锰钢的热处理工艺，研究了超高锰钢不同温度回火处理后的组织和力 学性能。结果表明，沉淀（弥散）强化使奥氏体晶内析出了弥散颗粒状Ｍ２３Ｃ６型碳化物，强化了奥氏体基体。优化出超高锰钢的最佳热处理工艺为，加热至１１００℃保温４ｈ，水淬，再经２５０℃保温４ｈ，空冷。该热处理工艺条件下奥氏体晶粒细小，晶内颗粒状碳化物均匀、弥散分布，力学性能得到显著提高，即σｂ＝９９４．５１ＭＰａ，σｓ＝４３０．９８ＭＰａ，αｋ＝２６０ Ｊ／ｃｍ２ ，ＨＢ２２７，δ＝５５．０３％。与常规水韧处理相比σｂ提高了１８．２％，σｓ提高了７％，αｋ提高了２２％，δ 提高了３０．３％，硬度提高了９．７％。 关键词：热处理工艺；力学性能；超高锰钢 中图分类号：ＴＧ１４２．７２；ＴＧ１４２．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４９７７（２００６）１０－１０６７－０４ ＹＡＮＨｕａ１，ＸＩＥＪｉｎｇ－ｐｅｉ１，ＷＡＮＧＷｅｎ－ｙａｎ１，ＬＩＪｉ－ｗｅｎ１，ＷＡＮＧＡｉ－ｑｉｎ１，ＺＨＡＮＧＤｏｎｇ－ｈａｉ２，ＷＡＮＧＷｅｉ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｎｇａｎｇＧｒｏｕｐＡｎｓｈａｎＭｉｎｉｎｇ－ｍａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｌａｎｔ，Ａｎｓｈａｎ１１４０４２，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｕｐｅｒ－ｈｉｇｈｍａｎｇａｎｅｓｅｓｔｅｅｌｗｉｔｈＲＥ－Ｓｉ－ＦｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓＣｒａｎｄＭｏｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓａｒｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｆｔｅｒｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｅｃｏｎｄ－ｐｈａｓｅ，ｃａｒｂｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓＭ２３Ｃ６ａｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｉｎａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｇｒａｉｎｓ，ｗｈｉｃｈｉｎｔｅｎｓｉｆｙｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｍａｔｒｉｘｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｗａｔｅｒｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇａｔ１１００℃ａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｔ２５０℃ｆｏｒ４ｈｏｕｒｓ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｕｐｅｒ－ｈｉｇｈｍａｎｇａｎｅｓｅｓｔｅｅｌｉｓｆｉｎｅｃａｒｂｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｅｖｅｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｎｇｉｎａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｍａｔｒｉｘ，ａｎｄｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ：σｂ＝９９４．５１ＭＰａ，σｓ＝４３０．９８ＭＰａ，αｋ＝２６０Ｊ／ｃｍ２ ，ＨＢ２２７，δ＝５５．０３％．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅσｂ，σｓ，αｋ，δａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１８．２％，７％，２２％，３０．３％，ａｎｄ９．７％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｕｐｅｒ－ｈｉｇｈｍａｎｇａｎｅｓｅｓｔｅｅｌ应用技术 超高锰钢热处理工艺优化及力学性能的提高 ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆＳｕｐｅｒ－ｈｉｇｈＭａｎｇａｎｅｓｅＳｔｅｅｌ 由英国的Ｒ．Ａ．Ｈａｄｆｉｅｌｄ于１８８２年发明的高锰钢是历史最悠久的耐磨材料。高锰钢作为耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其优异的耐磨性是其他材料所无法比拟的。在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，并有高密度位错和形变孪晶相继生成，从而产生高耐磨的表面层，而此时内层奥氏体仍保持着良好的韧性。高锰钢的这种加工硬化特性使其长期以来广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中［１－５］。 随着现代工业的发展，在冶金、矿山等行业不断出现大型设备，如采矿、破碎、挖掘设备等，其抗磨 配件重达几吨到几十吨，有效厚度均在１００ｍｍ以上，传统高锰钢（ＺＧＭｎ１３）的热处理工艺、力学性能和耐磨性已不能满足这些大型厚壁耐磨件的要求［４］。经本课题组长期以来对耐磨材料的研究并跟踪厂家使用情况，超高锰钢代替传统的高锰钢能满足抗磨件大型化的需要，在高应力、强冲击工况条件下具备优异抗磨性能、高韧性、高水韧化能力，使用过程中使厂家获得了良好的工程效果和经济效益。 １ 试验内容和方法 １．１ 超高锰钢的化学成分 向奥氏体锰钢中加入Ｃｒ、Ｍｏ等合金元素，改进热 Ｏｃｔ．２００６Ｖｏｌ．５５ Ｎｏ．１０ 铸造 ＦＯＵＮＤＲＹ １０６７