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　　常用工具鋼出廠狀態、相關參數和注意事項

　　

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　　高錳鋼中錳鋼：合理設計了中錳奧氏體基耐磨鋼的成分，并選擇合適的水韌處理工藝來獲得一種介穩的單相奧氏體組織，在此組織基礎上進行不同的等溫熱處理工藝，獲得一定量的馬氏體，以提高基體的初始硬度，又不惡化其沖擊韌度。再通過與高錳鋼(Mn13)在同等工況條件下進行耐磨性模擬對比試驗，來選擇適合中錳鋼在中、低沖擊磨料磨損條件下使用的熱處理工藝和組織。同時對試樣進行了金相組織觀察及力學性能測試。關鍵詞：中錳鋼；熱處理；耐磨性耐磨奧氏體錳鋼早于1882年由英國冶金學家Hadfield發明，其基本成分為：11%～14%Mn，1.0%～1.4%C。這種高錳鋼在水淬后具有高韌性、高冷作硬化能力，在高沖擊載荷下使用，耐磨性好。但它同時也存在一些缺點，主要是屈服強度較低和在較小載荷下使用加工硬化能力不足等。為解決這些不足，主要采取兩種辦法：一是加入某些合金元素，在奧氏體基體上形成細小彌散分布的第二相粒子，來提高鋼的屈服強度；二是降低奧氏體的穩定性，在磨粒作用下誘發馬氏體相變，提高加工硬化效應，提高耐磨性。介穩奧氏體中錳鋼正是通過降低含C、Mn量來降低奧氏體的穩定性，并通過添加少量的合金元素鉻來提高鋼的屈服強度。這種介穩的奧氏體無論是溫度變化或塑性變形都有可能誘發馬氏體相變。

　　

　　中錳鋼的設計成分如表1所示。

　　

　　表1中錳鋼設計化學成分(質量分數)w(%)

　　

　　鋼編號

　　

　　C

　　

　　Si

　　

　　Mn

　　

　　Cr

　　

　　Mo

　　

　　S、P

　　

　　1

　　

　　0.51～

　　

　　0.60

　　

　　0.3～

　　

　　0.6

　　

　　8.6～

　　

　　9.5

　　

　　1.0～

　　

　　1.5

　　

　　／

　　

　　＜0.06

　　

　　2

　　

　　0.61～

　　

　　0.70

　　

　　0.3～

　　

　　0.6

　　

　　7.6～

　　

　　8.5

　　

　　1.0～

　　

　　1.5

　　

　　／

　　

　　＜0.06

　　

　　3

　　

　　0.61～

　　

　　0.70

　　

　　0.3～

　　

　　0.6

　　

　　7.6～

　　

　　8.5

　　

　　1.0～

　　

　　1.5

　　

　　0.15～

　　

　　0.30

　　

　　＜0.06

　　

　　根據經驗公式[2]：

　　

　　Ms(℃)＝550-361[C]-39[Mn]-35[V]-20[Cr]-17[Ni]-10[Cu]-5[Mo＋W]＋15[Co]＋30[Al]

　　

　　經對設計鋼的Ms、Md估算，1號鋼Ms點約為-24℃；2號鋼Ms點約為-21℃；3號鋼Ms點約為-22℃。Md點均在室溫附近，符合設計要求。

　　

　　1.3冶煉及鍛造冶煉是在堿性爐襯中頻感應爐中進行的。熔煉后鋼水澆入預先制好的干砂型中，再經鍛造、機加工制成金相試樣、沖擊試塊、拉伸試樣及耐磨損試樣。

　　

　　1.4水韌處理高錳鋼Mn13的固溶處理溫度為1050～1100℃。中錳鋼在降低含碳、錳量的同時也添加了一定量的合金元素，但由于加入量較少，因此其固溶處理溫度基本同于高錳鋼，但加鉬鋼種由于鑄態組織中存在大量碳化物，需增加在1150℃保溫15～20min。升溫速度在T＜500℃時為100℃／h，為防止奧氏體中析出較多的碳化物和大量分解為共析組織，在500～700℃之間快速升溫(200℃／h)，在700℃之后升溫速度為100℃／h，到溫保溫1.5～2h。為了防止再次析出碳化物，出爐時試樣入水溫度不得低于950℃。

　　

　　1.5等溫熱處理試樣經水韌處理后，為單相奧氏體組織，其硬度較低(180～220HV)，為此需將試樣進行等溫熱處理，以析出一定量的強化相，來提高試樣的初始硬度和耐磨性。本試驗采用了兩種不同的熱處理工藝：①分級等溫亞溫處理工藝包括兩個階段：階段的中溫等溫工藝，即將試樣加熱至550℃，保溫2～3h，出爐水冷；第二階段的亞溫等溫工藝，將試樣繼續升溫至680～700℃保溫2～2.5h后出爐水冷。中錳奧氏體在550℃經保溫處理，此時奧氏體將發生珠光體轉變，若奧氏體未轉變完全，水冷過程將發生部分馬氏體轉變，因此，中溫處理后得到的組織為：珠光體、馬氏體和殘留奧氏體。然后再升溫至680～700℃區間，這時原有的珠光體發生粒化，另一部分珠光體重新轉變成奧氏體，其相對量和含碳量取決于加熱溫度；冷卻時，這種奧氏體將轉變為屈氏體和馬氏體，此外還會殘留部分奧氏體組織。這樣，便可得到由珠光體、屈氏體、馬氏體及殘留奧氏體所組成的多相組織；②二次回火處理工藝將水韌處理后的鋼入爐經500℃等溫2h，出爐水冷；再重新入爐，經380℃保溫2h，出爐水冷。水韌處理后的中錳鋼得到單一的奧氏體組織，經一次回火后，在奧氏體晶界附近，可析出許多碳化物及馬氏體組織，此時奧氏體轉變還未完成，一部分奧氏體將殘留下來。再將其升溫至380℃，等溫2h，碳化物形態發生改變，所得的組織將是奧氏體基體上均布的粒狀碳化物及馬氏體。

　　

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