水韧处理的加热速度
高锰钢铸件进行水韧处理，加热时的温度低于400℃的范围内，铸态组织中没有明显变化。450℃左右开始有针状碳化物析出。500℃时碳化物数量明显增加。大约在550℃是碳化物析出数量最多。到600℃时针状碳化物的长度铸件变短但是片层变得宽厚。700℃以上铸态组织中的碳化物铸件溶入奥氏体中。开始时是晶内针状碳化物先溶解，800℃时晶内碳化物大部分消失了，，只是在晶界上和晶界附近尚有未溶的碳化物。850℃以上晶界上的碳化物因逐渐溶解而变细、变窄成断网状，900℃以上晶界上残余的碳化物铸件消失并成为孤立的集聚状态。这种未溶的碳化物随着温度的升高而逐渐缩小，950℃以上即全部溶入奥氏体中。加热过程中在550-600℃发生共析转变，形成珠光体。开始时在碳化物的周围奥氏体分解，以后逐渐扩大范围。开始形成的珠光体是层片状，温度升高时趋于粒状化。加热到共析转变温度以上，珠光体型的组织会发生奥氏体的重结晶。这个过程是一个在相界面上奥氏体核心形成和长大的过程，由于重结晶的过程奥氏体晶粒可以有一定程度的细化。但是在通常的热处理升温速度的条件下，铸态组织中的奥氏体不可能全部分解，因此这个细化作用是不明显的。而且经过高温保温阶段之后往往高锰钢的晶粒还有所长大，甚至在热处理之后的组织较铸态还要粗大。高锰钢在升温过程中，若升温速度足够快，奥氏体中就来不及析出碳化物，就不发生共析反应。由于高锰钢的导热性低、热膨胀系数高，加以铸态组织中有大量的网状碳化物，钢的性能很脆。加热时很容易因应力而开裂。入炉温度取决于高锰钢铸件的尺寸、重量、结构的复杂程度和钢中碳含量等因素。加热过程中温度低于700℃时最危险，因为低温时钢的性能很脆。升温到650-700℃时保温一段时间，以便使温度均匀，消除一部分应力。保温时间长短视件大小而定。加热速度根据具体情况，厚大件可以在35-50℃/h，多数铸件可以在80-100℃/h。为了防止形成裂纹，磷含量、碳含量和升温速度之间应综合予以考虑。在700℃以下，升温速度和碳、磷含量的关系，碳、磷含量增加时，升温速度应相应降低。
.耐磨高锰钢铸件的铸态余热热处理 为缩短热处理周期，可利用铸态余热进行高锰钢水韧处理。其工艺为：铸件于ll00～1180。C时自铸型中取出，经除芯清砂后，铸件温度允许冷却到900～1000。C，然后装入加热到l050。1080。C的炉内保温3～5h后水冷。该处理工艺简化了热处理工艺，减少了铸件在型内的冷N啪3,但ue产操作上有一定难度。表11—18为不同热处理工艺的高锰钢试样的力学性能。 2．耐磨高锰钢铸件的沉淀强化热处理 耐瞎高锰钢沉淀强化热处理的目的，是在加入适量碳化物形成元素(如钼、钨、钒、钛、铌和铬)的基础上，通过热处理方法在高锰钢中得到一定数量和大小的弥散分布的碳化物第二相质点，强化奥氏体基体，提高高锰钢的抗磨性能。但这种热处理工艺较复杂，并使生产成本增加。 3．耐磨高锰钢铸件的固溶热处理——水韧处理耐磨高锰钢的铸态组织中有大量析出的碳化物，因而其韧度较低，使用中易断裂。 高锰钢铸件固溶热处理的主要目的，是消除铸态组织中晶内和晶界上的碳化物，得到单相奥氏体组织，提高高锰钢的强度和韧度，扩大其应用范围。 要消除其铸态组织的碳化物，须将钢加热至1040。C以上，并保温适当时间，使其碳化物完全固溶于单相奥氏体中，随后快速冷却得到奥氏体固溶体组织。这种固溶热处理又称为水韧处理。 (1)水韧处理的温度：水韧温度取决于高锰钢成分，通常为1050～1100。含碳量高或者合金含量高的高锰钢应取水韧温度的上限，如ZGMnl3钢和GXl20Mnl7钢。但过高的水韧温度会导致铸件表面严重脱碳，并促使高锰钢的晶粒迅速长大，影响高锰钢的使用性能。图ll-25为高锰钢在1100保温2h后铸件表面碳和锰元素的变化。 (2)加热速率：高锰钢比一般碳钢的导热性差，高锰钢铸件在加热时应力较大而易开裂，因此其加热速率应根据铸件的壁厚和形状而定。一般薄壁简单铸件可采用较快速率加热；厚壁铸件则宜缓慢加热。为减少铸件在加热过程中变形或开裂，生产上常采用预先在650左右保温，使厚壁铸件内外温差减小，炉内温度均匀，之后再快速升到水韧温度的处理工艺。图ll—26为典型高锰钢件的热处理工艺规范。 (3)保温时间：保温时间主要取决于铸件壁厚，以确保铸态组织中的碳化物完全溶解和奥氏体的均匀化。通常保温时间可按铸件壁厚25mm保温lh计算。图ll—27为保温时间对高锰钢表面脱碳层深度的影响。 (4)冷却：冷却过程对铸件的性能指标及组织状态有很大的影响。 水韧处理时铸件入水前的温度在950必上，以免碳化物重新析出。为此，铸件从出炉到A水时间不应超过30s；水温保持在30度以下．淬火后最高水温不超过60度。水温较高时高锰钢的力学性能显著下降。水韧处理时水量须达到铸件和吊栏重量的8倍以上，若用非循环水需定期增加水量．暑好使用水质干净的循环水或采用压缩空气搅动池水。用吊篮吊淬时，可采用摆动吊篮的方式加速铸件的冷却。 高锰钢水韧处理多用台车式．热处理炉。铸件人水常用自动倾翻或吊篮吊淬方式。前者对大件及形状复杂的薄壁件易引起变形，淬火后铸件从水池中取出也较为困难；后者淬火后取出铸件方便，但吊篮消耗大。 4．耐磨中铬钢铸件的热处理耐磨中铬钢铸件热处理的目的，是得到高强韧性和高硬度的马氏体基体组织，以提高钢的强度、韧度及耐磨性。
高锰钢抗磨性提高的方法 摘要:采用细化晶粒和沉淀硬化的方法来提高高锰钢抗磨性。 关键词:高锰钢抗磨性细化晶粒沉淀硬化 对于承受较大冲击负荷的磨粒磨损条件下,通常采用奥氏体锰钢。因为这种具有高的韧性和高的应变硬化能力,在高冲击载荷下具有高的耐磨性。适宜制作具有抵抗凿削磨损的耐磨件。但在很多磨料磨损的情况下,如高锰钢齿板、碎煤机环锤、衬板未能表现出较高的抗磨粒性能,甚至还出现了早期失效。为此,本工作采用细化晶粒和沉淀硬化的方法来解决这个问题,提高奥氏体锰钢的抗磨性,适应工况条件的要求。 1、实验内容 采用两种实验方案:细化奥氏体晶粒,以提高奥氏体锰钢的强韧性;进行沉淀硬化处理,进一步强化锰钢基体,改善屈服强度,获得弥散分布的碳化物组织,提高抗磨性。 1.1 细化晶粒 ZGMn13钢的化学成分如表1所示。 快速循环热处理工艺:用基尔试块制作金相及夏氏冲击试样,用梅花试样制作拉伸试样。其热处理工艺如下表2所示。 通过快速循环热处理,可使高锰钢奥氏体晶粒获得细化。显微组织的观察表明,阶梯加热,循环加热和交替加热等三种热处理方法,均可获得比普通水韧处理细得多的奥氏体晶粒。图1为循环热处理后的组织,晶粒度为6-8级。图2为普通水韧处理的组织,晶粒度1-3级。 1.2 沉淀硬化处理 在原循环热处理工艺基础上,分别进行低温和中温长时间失效,温度为350℃、450℃和540℃,时间为6小时,8小时和10小时,通过不同工艺处理后,得出下列结果。其工艺方案如表3所列。机械性能如表4所列。(如表3) 高锰钢在细化奥氏体晶粒后,再经过450℃×8小时的失效处理,使其碳化物不论在晶内或晶界都达到了弥散分布,而且呈粒状。而经1080℃×3小时固溶,再经过450℃×8小时失效的高锰钢,则未能得到弥散分布的碳化物,并且碳化物呈块状、针状、且聚集于晶界附近。通过比较可以看出,高锰钢细化晶粒后,进行沉淀硬化处理,可以得到比较满意的奥氏体+弥散分布的细粒状碳化物组织。 当时效温度超过450℃时,碳化物则逐渐由粒状变成针状,而且逐渐粗大。组织变脆,但硬度达到失效峰值为HRC45-47。(如表4) 2、工业实验 工业试验在HSZ300的小型破碎机上进行的。破碎矿物主要是煤矿,其中有部分煤矸石,粒度不规则,硬度为7-8（f）,破碎比为1/10。环锤已破碎11000小时矿物,还没有明显磨损,仍在继续使用。原普通水韧处理的锤头,平均破碎8000多小时就磨损得磨损。另外,经过快速循环热处理的齿板,其耐磨性也得到较大的提高。 3、结语 (1)通过快速循环热处理等强韧化方法,明显地细化了高锰钢奥氏体组织,使其晶粒度分别达到5-8级（普通水韧处理可达1-3级）。提高了钢的强韧性。(2)在细化的奥氏体锰钢基体上,进行沉淀硬化处理。既得奥氏体+弥散分布粒状碳化
高锰钢浇注和水韧工艺参数 一：结晶组织对高锰钢性能的影响 粗大的柱状晶组织必然伴随有枝晶间的显微缺陷，如显微疏松。也会伴随有较高程度的化学偏析，使力学性能和耐磨性降低。再有就是铸态组织中碳化物形貌和分布特征受一次结晶组织粗细的影响，初晶组织细则它也细。碳化物虽然在热处理时可以溶解、但粗大的碳化物往往使热处理后奥氏体晶界的致密度降低，且奥氏体基体内化学成分不均匀，使力学性能降低。固此一次结晶组织对高锰钢的性能影响是很大的！ 1）浇铸温度对一次结晶和机械性能的影响： 浇铸温度/℃一次结晶组织特征σb／ＭＰａａ Ｋ／Ｊ。Ｃｍ ２1460 细等轴晶392.27 166.71 1550 等轴晶372.65 127.49 1620 柱状晶362.84 58.84 2）浇铸温度和载面厚度对晶区比例的影响： 浇铸温度 /℃ 等轴晶区占高度/％柱状晶区占高度/％120mm载面60mm载面120mm载面60mm载面 1550 32~35 14~16 48~50 28~30 1450 38~42 22~24 32~35 10~12 1400 73~75 100 20~22 ——
3）浇铸温度对力学性能的影响： 浇铸温度 /℃ 力学性能 σb／ＭＰａδ/％φ/％ａＫ／Ｊ。Ｃｍ２ 1310~1360 715.88 23.0 22.2 215.75 1360~1410 630.57 17.0 22.5 140.24 由此可知浇铸温度对高锰钢的力学性能有极为明显的影响! 4) 铸型冷却能力对一次结晶特征的影响： 铸型种类 浇铸温度/ ℃ 1380~1420 1420~1430 1450~1460 干砂型等轴晶等轴晶等轴晶 冷金属型边缘少量柱状晶断面大部分柱状晶柱状晶贯穿全断面消失模铸态直接水韧处理 一：工艺要点 （1）消失模样组装要尽量将大小、壁厚相当的模样组装在一起，使铸件的冷却速度基本一致、才能满足铸件同时入水时对水韧温度的要求。（2）型砂的选择：由于铸态水淬没有热处理过程中的再结晶和成分的均匀化，因此为加强铸件在凝固过程中的冷却速度，得到较细的一次结晶组织！宜选用宝珠砂、锆英矿砂、铬铁矿砂和钛铁矿砂等，它们的导热系数为石英砂的2~3倍，可加快铸型的凝固速度。 （3）打箱与入水时间的确定：入水温度直接关系到水韧处理的成败！一般打箱时铸件温度应低于1100 ℃，入水温度应高于950℃。因此应根据铸件的大小、壁厚及室温主高低来确定打箱与入水时间。
水韧处理的加热速度 高锰钢铸件进行水韧处理，加热时的温度低于400℃的范围内，铸态组织中没有明显变化。450℃左右开始有针状碳化物析出。500℃时碳化物数量明显增加。大约在550℃是碳化物析出数量最多。到600℃时针状碳化物的长度铸件变短但是片层变得宽厚。700℃以上铸态组织中的碳化物铸件溶入奥氏体中。开始时是晶内针状碳化物先溶解，800℃时晶内碳化物大部分消失了，，只是在晶界上和晶界附近尚有未溶的碳化物。850℃以上晶界上的碳化物因逐渐溶解而变细、变窄成断网状，900℃以上晶界上残余的碳化物铸件消失并成为孤立的集聚状态。这种未溶的碳化物随着温度的升高而逐渐缩小，950℃以上即全部溶入奥氏体中。加热过程中在550-600℃发生共析转变，形成珠光体。开始时在碳化物的周围奥氏体分解，以后逐渐扩大范围。开始形成的珠光体是层片状，温度升高时趋于粒状化。加热到共析转变温度以上，珠光体型的组织会发生奥氏体的重结晶。这个过程是一个在相界面上奥氏体核心形成和长大的过程，由于重结晶的过程奥氏体晶粒可以有一定程度的细化。但是在通常的热处理升温速度的条件下，铸态组织中的奥氏体不可能全部分解，因此这个细化作用是不明显的。而且经过高温保温阶段之后往往高锰钢的晶粒还有所长大，甚至在热处理之后的组织较铸态还要粗大。高锰钢在升温过程中，若升温速度足够快，奥氏体中就来不及析出碳化物，就不发生共析反应。由于高锰钢的导热性低、热膨胀系数高，加以铸态组织中有大量的网状碳化物，钢的性能很脆。加热时很容易因应力而开裂。入炉温度取决于高锰钢铸件的尺寸、重量、结构的复杂程度和钢中碳含量等因素。加热过程中温度低于700℃时最危险，因为低温时钢的性能很脆。升温到650-700℃时保温一段时间，以便使温度均匀，消除一部分应力。保温时间长短视件大小而定。加热速度根据具体情况，厚大件可以在35-50℃/h，多数铸件可以在80-100℃/h。为了防止形成裂纹，磷含量、碳含量和升温速度之间应综合予以考虑。在700℃以下，升温速度和碳、磷含量的关系，碳、磷含量增加时，升温速度应相应降低。
热处理技术与装备 高锰钢的热处理是将高锰钢铸件加热到碳化物固溶的温度,并保温一定时间,然后在水中快速冷却,形成单一的奥氏体组织,使其强度和韧性大大提高,达到可加工硬化的目的。与普通碳钢不同,高锰钢在水中淬火后不是变硬,而是变软了,因此高锰钢的热处理又叫水韧处理。在热处理过程中,碳化物是在固溶态下溶解到奥氏体中去的,所以又叫固溶强化处理。高锰钢固溶理的参数主要有入炉温度、升温速度、保温温度、保温时间、摆放位置等。 1入炉温度和加热速度 高锰钢铸件在入炉之前,铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口要清理干净。粘砂对铸件加热或冷却都有隔热作用,使铸件加热和入水后的冷却不均匀,严重粘砂会降低铸件入水后的冷却速度,造成晶界碳化物重新析出。披缝较薄,在热处理加热时会脱碳,水淬后会变成马氏体,马氏体相变体积膨胀,可能会使铸件基体受到拉应力而开裂。高锰钢导热性能低, 100℃以下为碳钢的1/4～1/6倍, 600℃时为碳钢的1/2～5/7倍。高锰钢热膨胀系数大,为碳钢的2倍, 500℃以上更大。虽然铸件在低温加热过程中无相变应力发生,但加热到300℃以上,会在晶内和 晶界上出现脆性碳化物增多的现象,有时会发生珠光体转变。高锰钢辙叉结构复杂,同一铸件壁厚相差悬殊,铸件本身存在不小不等的铸造应力。在热 第1期吴霞等:高锰钢的热处理 处理的加热或冷却过程中不同部位存在较大的温差,产生热应力。这样,热应力和铸造应力叠加,会使辙叉产生裂纹。因此,必须控制高锰钢辙叉的入炉温度和加热速度。高锰钢辙叉热处理工艺分两种:冷辙叉处理和热辙叉处理。对于热辙叉,如果装入同一窑的所有辙叉的装窑温度基本和窑温一致,则这种工艺可以节能,提高效率。但在实际生产中装窑温度很难与 窑温一致,且相差较大,主要原因有:不同炉次的辙叉开箱水爆后在同一窑中进行热处理,造成同一窑中辙叉的初始温度不同;由于连续生产,每天窑的温度也不尽相同;季节性的温度变化导致辙叉与窑温的变化较大;辙叉在窑内的排序不同会造成一定的温差。这样导致辙叉与炉窑存在较大温差。沈阳铁路局薛家配件厂老工艺的热辙叉升温起点高(450℃),升温速度快(150℃/h)。由于高锰钢导热性差,就会使辙叉内部产生较大的热应力,在随后的水淬急剧冷却处理中或前期升温时发生开裂。对于冷辙叉(温度为室温)前期均温不够、保温时间短、升温起点高(分别为400℃和200℃),升温快(分别为160℃/h和90℃/h)。这样升温曲线起点、辙叉和炉窑起始温度存在较大温差,导致辙叉在水韧处理后开裂。图1是他们改进后的高锰钢辙叉热处理工艺。在新工艺中,冷辙叉的装窑温度降到室温,热辙叉装窑温度降到150℃。两种辙叉入窑后都均温1. 0～1. 5h后再升温。在650℃以下升温时,由于高锰钢晶界和晶内会析出碳化物,有时还会发生珠光体转变,因此升温速度要慢。改进后的工艺,冷、热两种辙叉从150℃升温到650℃时,升温速度均为90℃/h,冷辙叉在150℃以下升温速度要降到70℃/h。此外,在650℃以下升温时,升温速度随高锰钢中C、P含量增加而放慢,这是因为C、P含量与热处理时加热裂纹密切相关。升温到650～700℃时,要保温1～2h,目的使辙叉温度均匀,消除铸造应力。温度大于650℃,超过了高锰钢的弹性变形温度,高锰钢由弹性状态进入塑性状态,而且脆性碳化物逐渐溶解到奥氏体中去,钢的强度和塑性得到改善,加上保温处理,铸造应力得到消除。因此随后可以快速升温,升温速度大于100℃/h,甚至到150℃/h。 图1高锰钢辙叉改进后的热处理工艺 2固溶处理温度和保温时间 固溶处理温度和保温时间确定的根据为:碳化物充分溶解、奥氏体适当的晶粒度、钢中化学成分均匀,得到最佳的力学性能、防止过热组织出现。TB/T447- 2004规定对不含其他合金元素高锰钢辙叉的水韧处理温度为1000～1100℃。渗碳体型的碳化物溶解过程是碳从碳化物中向奥氏体中扩散,原来渗碳体相的铁原子自扩散,并形成面心立方的奥氏体。(Fe,Mn) 3C型碳化物中的碳原子和其它原子作用力较弱,扩散过程容易进行,溶解速度较快。加热到
高锰钢铸件的热处理.txt偶尔要回头看看，否则永远都在追寻，而不知道自己失去了什么。男人掏钱是恋人关系，女人掏钱是夫妻关系，男女抢着掏钱是朋友关系。男人爱用眼睛看女人，最易受美貌迷惑；女人爱用心看男人，最易受伤心折磨。高锰钢铸件的热处理 高锰钢铸件的热处理 高锰钢的铸态组织中除奥氏体相外，还有析出的碳化物。为获得高韧性，必须予以热处理，以消除铸态组织中晶内和晶界上的碳化物。高锰钢含碳量通常为l3％左右，要消除其铸态组织的碳化物，需将钢加热到l000。C以上，并保温适当时间，使其碳化物完全溶解，随后迅速冷却，这种热处理通常称为水韧处理。 (1)水韧温度 水韧温度取决于铸钢成分，通常为1050～1080。C。过高的水韧温度会导致铸件表面严 重脱碳，而且奥氏体晶粒中和晶界上将析出共晶碳化物。由于共晶碳化物是不能重新热处理来消除的脆性相，应尽量避免产生。 (2)加热速率 高锰钢比一般碳钢铸件的导热差，铸件在加热时易引起应力；厚壁铸件则宜采用缓慢加热。为减少铸件加热过程中变形或开裂，生产上常采用预先在650。C保温，再快速升到水韧温度的处理工艺。图4．3为典型高锰钢的热处理工艺规范。 126
(3)保温时间 保温时间主要取决于铸件的壁厚，以确保铸态组织中的碳化物完全溶解和奥氏体的均匀 化。通常保温时间可按铸件壁厚每25mm保温lh计算。图4．4和图4．5为保温时间对高锰 钢力学性能、表面脱碳层深度的影响。 (4)冷却 冷却过程对铸件规定的性能指标及组织状态有很大的影响。水韧处理时，铸件入水前的 温度应在950。(2以上。为此，铸件从出炉到入水不应超过2min，水温保持在40。C以下。水 韧处理后可根据铸件的要求及复杂程度适当进行回火，但回火温度不应超过250。C。表4·9 为经水韧处理后高锰钢的性能。 为缩短热处理周期，可利用铸态预热进行高锰钢水韧处理。其工艺为：铸件于ll00～ 1180。c m寸自铸型中取出，经除芯清砂后，铸件温度允许冷却到900～I000。C，然后装入并加 热到l050～1080。C的炉内保温3～5h后水冷。该处理工艺不仅简化了热处理工艺，减少了 铸件在型内的冷却时间，而且可提高铸件的性能。图4．6为热处理方法对高锰钢冲击韧度的 影响，即利用预热处理的高锰钢铸件冲击韧性比常规处理的提高5 0／o0～15％。表4·10、表 127 1．11为不同热处理工艺的高锰钢试样和板材的力学性能。用于破碎机的高锰钢固定板进行工业试验(破碎
水韧处理 水韧处理实际为一种固溶处理,常用于高锰钢，由于高锰钢的铸态组织为奥氏体，碳化物及少量的相变产物珠光体所组成。沿奥氏体晶界析出的碳化物降低钢的韧性，为消除碳化物，将钢加热至奥氏体区温度（1050-1100℃，视钢中碳化物的细小或粗大而定）并保温一段时间（每25mm壁厚保温1h），使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后快速冷却，从而得到单一的过冷奥氏体组织。 钢(主要指高锰钢)加热到临界温度以上(加热至1100℃左右)，使钢中全部碳化物溶解到奥氏体中去，然后，迅速淬入水中，碳化物来不及从奥氏体中析出，保持了均匀的奥氏体状态(硬度不高，但具有良好的塑性和韧性)。主要是提高形变强化能力。用于耐磨件的热处理 一般的水地韧处理为ＺＧＭｎ１３类高锰钢，主要用于承受冲击载荷工作的零件，其它如陆丰所言． 奥氏体表面在受到冲击作用时，产生强烈的加工硬化，当硬化层被磨／崩掉后，又露出新鲜的奥氏体，重新硬化，如此反复． 因其有强烈的加工硬化，故不可采用机械加工方法成形，主要用铸造方法所得，所以为铸钢． 近年来有降低含锰量的做法，做出中锰钢，同样可以采用水韧处理． 主要用于，坦克／推土机之履带，铁路扳叉等，还可用于强力抛丸机之内壁．以增其耐磨性（一般厂家为节省成本不用此钢在抛发丸机上） 中锰的可用于农业机械之脱粒机等场合． 在模具钢中，早期的（约１９８２年出版的书中就有此说法）双细化处理工艺第一步有时称之为水韧（或油韧） 具体为在模具钢进行锻造后，在钢之ＡＣｍ点上，将钢淬入热水中（称水韧），淬入油中（称油韧），目的在于将碳化物大部分溶入奥氏体中，在淬火后重新高温回火后得到细而均匀的精粒状碳化物．再进行正常（或比正常奥体化温度略低）加热淬火，以期提升模具的韧性，耐磨性．
高锰钢水韧热处理技术规范 本规范适用于高锰钢铸件热处理及试样处理检测 1、操作前准备 1.1检查各热电偶、测温仪、记录仪、起重机及水池循环水，是否正常。 1.2检查窑体、窑门、平车，是否正常。 1.3操作者要对窑车铸件了解，对主要铸件要记录在帐，作为出现质量异议备查。 2、装窑 2.1清整后的铸件，检查员要铸件检查，认为符合要求方可装窑，并做铸件记录。 2.2装炉前必须清除粘砂、披缝飞边等杂物，并详细检查有无裂纹，若有裂纹不得装炉。对裂纹铸件，技术人员拿出处理方案，处理后方可上窑。 2.3装炉铸件总重不得超台车负荷，各铸件间隔≥30mm同时要放稳垫平。尤其动锥、定锥圆锥破碎机衬板，大口朝下，在一个平面上。2.4铸件摆放不得超出均温有效区，铸件厚大者应放在台车中部。2.5铸件装窑后，随炉试样应放在具有代表热处理状况的位置，要炉次与窑次记录在帐。 3、热处理过程 3.1加热与保温过程中应经常观察炉内温度分布情况，掌握温度控制，确保工艺曲线的正常执行。
3.2台车拉出后铸件入水不得超过1分钟，冬季不能超过45秒，确保铸件入水温度在960℃以上，铸件出水温度不得超过50℃。 3.3水池水温≤20℃；淬火后水池水温≤50℃。打开池内循环水或搅拌器，水池淤积物要经常清理。 7、高锰钢水韧处理工艺曲线：
特殊产品，在工艺图纸上做特殊说明。 4、试样处理 4.1试样专人负责，做理化检验，没有特殊要求只做金相检测（包括晶粒度、碳化物、夹杂等）。 4.2对金相、热处理工艺曲线不合格产品，由技术人员做评定。 4.2填写热处理记录台帐，包括窑次、备件名称、试样编号。
生产高锰钢要知道的知识梳理 1奥氏体耐磨高锰钢的两个重要特性 奥氏体耐磨高锰钢的两个重要特性是优异的加工硬化能力和高的冲击韧性，经强烈冲击变形后，其表层硬度可从HB170-230提高到HB500-800，而硬化层内侧仍保持为高韧性的奥氏体组织。因而不仅具有良好的安全可靠性，而且具有较高的抗冲击磨料磨损的能力。高锰钢在高冲击负荷作用下才能表现出最佳的耐磨性，在此情况下要有良好的冲击韧性。因此被广泛应用于冶金、矿山、建材、电力和铁路等部门所使用的耐磨件上，如挖掘机铲齿、球磨机衬板、锤式破碎机锤头及衬板、拖拉机履带板和铁路道岔等。 2标准型奥氏体高锰钢 标准型奥氏体高锰钢的主要化学成分是碳和锰，经水韧处理后可以获得单一的奥氏体组织。高锰钢中锰的主要作用是稳定奥氏体组织，在钢中扩大Y相区。 钢中含锰量的选择，主要决定于工况条件、铸件的结构尺寸等几个方面的因素。厚壁铸件为保证热处理时不致析出碳化物，一般锰的含量高些。用于强烈冲击条件的高锰钢铸件，含锰量应该高些。 含锰量一定时，适当提高含碳量可以改善耐磨性，但是含碳量超过1.5%时，对耐磨性的影响则不明显。而且提高含碳量在改善高锰钢耐磨性的同时，会明显降低材料的冲击韧性。 高锰钢在高冲击负荷作用下才能表现出最佳的耐磨性，在此情况下要有良好的冲击韧性。因此，为了使高锰钢具有较好的耐磨性和冲击韧性的配合，含碳量不宜过高。M/C=10，可得到较好的强韧性配合。 3高锰钢的不适应性 高锰钢优异的耐磨性是建立在加工硬化的基础上，需要在高应力下才能充分加工硬化，但就耐磨件工作条件而言，高应力工况不足，绝大部分都是在中低应力状态下工作，
因而高锰钢不易被加工硬化，耐磨性不能充分发挥。 在固溶处理后的水淬过程中受冷却速度的限制，容易析出脆性碳化物，引入脆性相，对于厚大断面工件，心部常常出现碳化物，从而降低使用性能；寒冷条件下使用的高锰钢常出现脆断现象；在高温或湿磨的条件下腐蚀磨损；在铸造过程中，晶界出现碳化物。因为这些原因使其在今天的许多工程机械中以表现出不适应性。 4改性高锰钢 为了克服传统高锰钢的不足，提高屈服强度和耐磨性，以满足使用要求。在原高锰钢的成分基础上，适量添加Ti，V，Nb，W，B，N 和Re 元素，形成高熔点化合物，细化晶粒来发挥作用。通过加入Cr，Mo，Ti 和V 等碳化物形成元素，使其产生综合作用，以改变高锰钢中碳化物弥散分布的形态，获得以M 23C 6为主的粒状碳化物，使其弥散分 布于奥氏体基体上，有效地提高了耐磨性，不仅在高冲击应力下具有良好的耐磨性，而且在低应力条件下仍很耐磨。 4.1提高C 含量改性高锰钢 C 在ZGMnl3钢中一部分固溶在钢中，一部分与Fe ,Mn 形成碳化物，提高钢的硬度和耐磨性。在非强烈冲击工况条件下，在含C 量超过1%时，每增加0.1%C，耐磨性提高5%～10%，高碳高锰钢的耐磨性远高于ZGMn13。M/C＜10利于提高耐磨性。 4.2降低碳锰含量介稳奥氏体高锰钢--奥氏体中锰钢 Mn 在钢中是促进奥氏体形成元素，在保证奥氏体组织的前提下，随着Mn 含量降低，奥氏体稳定性下降，但加工硬化能力增强。 4.2.1介稳奥氏体锰钢 介稳奥氏体锰钢是在ZGMnl3的基础上，适当降低碳锰含量，并加入一定含量的铬，从而降低奥氏体稳定性，增强加工硬化能力。大致成分为:Mn 8.0～9.5%，C1.00～1.20%，Cr2.0～2.5%，Si<0.8%。介稳奥氏体锰钢在形变时形成大量孪晶，孪晶带薄，
Mn13高锰钢的热处理工艺研究 2011-10-10 05:59 来源：钢联资讯作者：榕霖试用手机平台 Mn13高锰钢的铸态组织中除奥氏体相外，还有析出的碳化物。为获得高韧性，必须予以热处理，以消除铸态组织中晶内和晶界上的碳化物。Mn13高锰钢的含碳量通常为 1.3%左右，要消除其铸态组织的碳化物，需将钢加热到1000℃以上，并保温适当时间，使其碳化物完全溶解，随后迅速冷却，这种热处理通常称为水韧处理。水韧温度取决于铸钢成分，通常为1000～1100℃。过高的水韧温度会导致铸件表面严重脱碳，而且奥氏体晶粒中和晶界上将析出共晶碳化物。由于共晶碳化物是不能通过重新热处理来消除的脆性相，应尽量避免产生。 Mn13高锰钢铸件在入炉之前，铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口要清理干净。粘砂对铸件加热或冷却都有隔热作用，使铸件加热和入水后的冷却不均匀，严重粘砂会降低铸件入水后的冷却速度，造成晶界碳化物重新析出。披缝较薄，在热处理加热时会产生脱碳，水淬后转变成马氏体，马氏体相变体积膨胀，可能会使铸件基体受到拉应力而开裂。Mn13高锰钢导热系数低，100℃以下为碳钢的1/4～1/6，600℃时为碳钢的1/2～5/7。高锰钢的热膨胀系数大，为碳钢的2倍，500℃以上时更大。虽然铸件在低温加热过程中无相变应力产生，但加热到300℃以上后会出现晶内和晶界上脆性碳化物增多的现象，有时会发生珠光体转变。Mn13高锰钢辙叉结构复杂，同一铸件壁厚相差悬殊，铸件本身存在不小的铸造应力。在热处理的加热或冷却过程中不同部位存在较大的温差，会产生热应力。这样，热应力和铸造应力叠加，使辙叉产生裂纹。因此，必须控制Mn13高锰钢辙叉的入炉温度和加热速度。 Mn13高锰钢辙叉的热处理分冷辙叉处理和热辙叉处理。对于热辙叉，如果装入同一窑的所有辙叉的装窑温度基本和窑温一致，则这种工艺可以节约能源，提高效率。但在实际生产中装窑温度很难与窑温一致，且相差较大，主要原因有：不同炉次的辙叉开箱水爆后在同一窑中进行热处理，造成同一窑中辙叉的初始温度不同；由于连续生产，每天窑的初始温度也不尽相同；季节性的温度变化导致辙叉与窑的温度变化较大；辙叉在窑内的排序不同会造
高锰钢的物理性能 高锰钢的物理性能 a．密度。在15℃时的密度为7．870～7．9805 9／m3，液态时密度为7．05009／m3。 b．热导率、线膨胀系数及比热容。高锰钢的热 导率低，而线膨胀系数大，见表3．96，这是高锰钢 的一大特点。在铸件设计和制造工艺上应加以考 虑，否则在铸造和焊接过程中容易出现裂纹。 C．磁导率。水韧处理后的高锰钢的组织是单相 奥氏体，无磁性，磁导率为l．003～1．03H／m；高 锰钢热处理中表层脱碳，磁导率为1．3H／m。 ⑥铸造性能高锰钢的流动性较好；凝固收缩 较大，易形成缩孔；高锰钢因含碳量高、导热性较 低以及结晶生长速度较快，易产生粗大的柱状晶组 织。锰钢因线膨胀系数大、导热性较低、热应力和 收缩应力较大，加之铸态强度和塑性较低，其热裂、冷裂及变形倾向较碳钢大。 由于高锰钢液易生成Mn0，从而易于和型砂中的siOz发生化学反应而导致铸件表 面粘砂，为此应在铸型和型芯上采用碱性或中性涂料，目前多采用以镁砂粉为骨料的 涂料。 ⑦高锰钢的机加工性能 高锰钢有强烈的加工硬化能力，给切削加工带来很大的困难，应尽量铸造成形，避免加 工。必须机加工的锰钢件，常采用以下措施： a．用陶瓷刀具切削加工； b．用磨削加工； C．在铸件需加工部位(如销孑L、加工螺纹)预埋不易淬硬的软钢。 (2)耐磨中锰钢 叫M。一5％～9％、叫c一1．05％～l．40％的耐磨中锰钢经水韧处理后的组织为奥氏体基 体，但有较多的碳化物。加入钼可抑制铸态组织中碳化物的析出。与Mnl3钢相比，中锰钢 的含锰量降低、奥氏体稳定性下降，使这类钢在非强烈冲击工况下的耐磨性高于标准型 Mnl3高锰钢。 常见的含钼中锰钢的化学成分见表3．78、表3．81、表3．97。表3．97中各种锰钢的力学 性能分别见图3．¨8～图3．121。从图可见，在较厚断面的试验条件下，含钼中锰钢的抗 拉强度、屈服强度与标准Mnl3钢相当甚至略好，但伸长率和冲击韧度较低。因此从断裂
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：ζb615～1275MPa ζ0.2340～470MPa 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
高锰钢消失模铸态直接水韧处理 一、工艺要点： 1．消失模模样组装要求：尽量将大小、壁厚相当的模样组装在一起，这样可使它们在形成铸件后的冷却速度基本一致，同时入水时都能满足铸件对入水温度的要求。2．型砂的选择： 由于铸态水淬没有热处理再结晶成分的均匀化，因此为加强铸件在凝固过程中的冷却速度，得到较细的一次结晶组织，宜选用锆英砂、铬铁矿砂及钛渣砂等，它们的导热系数为石英砂的2---3倍，可加快铸件的凝固速度，钛渣砂价格廉，仅为铬铁矿砂的1/3，用其作型砂，不仅可获得良好的处理效果，而且具有较高的经济效益。 3．打箱与入水时间的确定： 入水温度直接关系到水韧处理的成败，它主要取决于打箱及入水时间。一般打箱时铸件温度应低于1100℃，入水时温度应高于950℃，因此应根据铸件的大小、壁厚及室温高低来确定打箱与入水时间。图表是通过观察及测定冷却曲线等方法总结出
的参数。 铸态水韧处理的打箱与入水时间 4．清理： 因铸态直接水淬，其浇冒口须在淬水后清除，此时铸件组织已成为奥氏件，韧性高，不易掉，故在制作消失模浇冒口时应在根部割出缺口，与铸件模样连接后在此处形成应力集中，便于清理时去除，用此法，绝大多数浇冒口都可被去除，个别打不掉的如较大的冒口可采用特殊的气割方法去除。 二、处理方法的特点： 1．铸造大都采用成组模浇注，如可在一箱中采用一套浇注系统浇注67kg的衬板6---7块打箱，起吊铸件，入水等操作非常方便，完全能够满足水韧处理对入水温度
的要求，这对砂型铸造是很难控制的，尤其是小型铸件，砂箱多更不易保证。2．铸件在红热态打箱后表面基本无砂，这样可使铸件在入水时各部分温度一致，达到同一温度入水。入水后使得各部分冷却速度大致相同，确保了铸件各部获得完全的奥氏体，不产生裂纹。 3．由于消失模铸造的型砂95％以上可回用，因此，可使用导热率较高的型砂，如铬铁矿砂、锆英矿砂、钛渣砂等特种砂，提高铸件凝固速度，获得细晶粒组织，确保铸态水韧处理的效果。 4．可节省大量能源，减少设备投入，简化生产工序，降低生产成本。 5．可减少热处理过程中铸件的脱碳与变形。 三、高锰钢熔炼： 生产厚大高锰钢件加铝达5％可改变铸态组织，使其均匀，不用热处理就可以获得奥氏体组织，但机械性能则降低，也有加铝0。5---1。5％，可以细化晶粒，在增
ZGMn13钢水韧处理工艺研究与实践 前言 在机械制造业中，有大量的具体零件在服役过程中，需要很高的耐干性摩擦的磨损能力，例如：铁道工程中的道岔、破碎机械的锤头、颚板、挖掘机的铲齿、坦克、链轨拖拉机的履带板、推土机的推土板、高炮的防弹板，轧钢机械中的大量零件等。 为了提高零件的耐磨性，通常是增加钢中的含碳量，通过淬火工艺达到高硬度和形成大量的碳化物颗粒来抵抗摩擦磨损，另一种方法是通过合金化形成单相奥氏体，并利用加工硬化基本原理，显著提高硬度及耐磨性[1]。 本研究中针对河北理工大学的专利产品，轧钢机中心出钢口部件，进行工艺试验研究与应用。 1.试验仪器、设备、材料与方法 1.1试验仪器、设备 上海产4kw箱式电阻炉，上海产4x金相显微镜，吴忠材料试验机厂产150D洛氏硬度计。 图 1 一体套图 2 喇叭口 1.2 材料与试验方法 1.2.1 材料 来源于昌黎新河铸业有限公司及秦皇岛市新奇精密铸业有限公司ZGMn13一体套，喇叭口，紊流套等铸件，形状如图1和图2所示。
1.2.2 试验方法 利用固溶基本原理，采用水韧处理。 ZGMn13属于高碳合金特殊性能钢，钢的化学成分如表1所示。 表1 高锰钢的牌号、化学成分、力学性能和用途（摘自GB/T 5680--1988）[3] 牌 号 化学成分w ／﹪ 力学性能① （不小于） 用途举例 C Mn Si S ≦ P ≦ 其他 ZGMn13-1 1.00~ 1.45 11.00~ 14.00 0.30~ 1.00 0.040 0.090 — — 635 20 — — 适于铸造形状简单的低冲击耐磨件，如破碎壁、坤套、 齿板、衬板、 铲齿等 ZGMn13-2 0.90~ 1.35 11.00~ 14.00 0.30~ 1.00 0.04 0 0.070 __ __ 685 25 147 300 ZGMn13-3 0.95~ 1.35 11.00~ 14.00 0.30~ 0.80 0.03 5 0.070 __ __ 735 30 147 300 用于结构复 杂并以韧性为主的承受强烈冲击载 荷的零件，如斗前壁、提梁和履带板等 ZGMn13-4 0.90~ 1.30 11.00~ 14.00 0.30~ 0.80 0.040 0.070 Cr: 1.50~ 2.50 390 735 20 __ 300 ZGMn13-5 0.75~ 1.30 11.00~ 14.00 0.30~ 1.00 0.040 0.070 Mo: 0.90~ 1.20 特殊耐磨件，如自固型无螺栓磨煤机衬板等 注：①力学性能为经水韧处理后试样的数值 2.试验基本原理 2.1 ZGMn13铸造后的组织与性能 由于此钢含有大量的碳及锰元素，碳、锰元素是强烈扩大γ相区元素，他会使相图中A4点（N 点）上升，A3点（A 点）下降，S 点明显左移[2]。 从Fe-Mn-C 的三元相图可知，当具有过共析成分的Mn13钢在平衡态凝固冷却时，由σ相成核、长大，结晶终了得到高温的单相奥氏体组织；再继续冷却过程中，先共析渗碳体在晶界析出，共析转变不能完全，冷却速度越大，共析转变产物越少；在最终的铸态组织中有少量珠光体类型的转变的共析组织及大量晶界和晶内碳化物存在。在不同
高锰钢铸造工艺 1高锰钢的化学成分设计： 1.1碳： 在常温强烈冲击载荷下的服役工件，碳含量控制在1.02以下，甚至1.0以下。在低温下服役工件，要控制碳含量1.0以下，固溶处理后，原始硬度为HB170-210，使用后硬度高达450-480，硬化层深度达18mm，含碳量高的硬度只达HB350-400，硬化深度只有7-8mm。强冲击（或挤压），选碳含量较低；低应力，软物料磨损情况，选含碳量偏高。 薄件冷速快，碳化物不易析出，碳含量可选择高一些；结构复杂，铸造容易产生裂纹，也易碳含量偏低。 1.2锰： 一般锰含量大于12%，铸件结构复杂，高应力下服役，壁厚大，为获得高韧性，锰含量高一些。 当高锰钢中锰与碳的含量比小于8时，经常规热处理，在晶界上易出现状碳化物和过量残余碳化物，铸件的强度、韧性和塑性降低，钢质变脆。 1.3硅： 硅应控制在0.5%左右，（0.4-0.6）超过0.5%,尤其是超过0.8%，将会造成碳化物粗大，导致韧性降低，薄壁件可选上限。 1.4硫和磷： 锰铁含磷较高，有的高达0.3-0.4%，将带入0.075-0.085%的磷，
一般磷含量控制在0.07%以下，可用硅钙脱磷。高锰钢中含硫低，一般都低于0.02%， 1.5铝： 浇注前，在包中补加铝0.05-0.08%，保证铸件中残铝0.035-0.04%，才能保证钢液脱氧良好。加铝终脱氧后必须在10min钟内浇完。铝量过高，可形成铝氮，它在高温溶解在奥氏体中，随温度降低，从奥氏体中析出，沉积于晶界，引起热裂和晶界脆化，形成石状断口，造成晶界断裂。高锰钢中残铝大于0.3%时，使高锰钢晶粒粗大。 转包浇注，一般中小件，壁厚不大于100mm，金属型、干型加0.15%（1.5Kg/t钢水），湿型加0.2%（2Kg/t钢水），在大型厚壁件出钢时，先在炉中或包内加0.2%（2Kg/t钢水），浇注时1-2min在包中补加铝0.05-0.08%（0.5-0.8Kg/t钢水）。如果底注式包浇注，加铝可适当降低。降低量不超过0.05%，但最低加入量要保证0.15%，大型厚壁件要保证钢中残铝量0.035%-0.045%。 1.6铬： 铬、锰都是网状碳化物形成元素，高锰钢加铬后，铬和锰交互作用使晶界网状碳化物有所增加，为使网状碳化物溶解，故固溶温度要升高。 在ZGMn13中加入1-3%铬后，屈服强度提高了40-60MPa，。普通高锰钢制作球磨机衬板，由于长期受到磨球的冲击，会产生流变，使衬板间装配缝消失，有时还会因流变使衬板交接在一起，使更换衬板产生困难。为了卸下衬板有时还得动用火焰切割，加铬高锰钢衬板