[发明专利]一种合金化奥氏体中锰钢

说明书

一种合金化奥氏体中锰钢，为了提高高锰钢抗高冲击和强凿削磨损能力，在高锰钢的基础上，适当降低碳、锰含量，并加入适量的铬、钼、稀土等元素，制备了奥氏体合金化Mn8钢。Mn8钢奥氏体组织均匀，晶粒较细，碳化物以网状和短链状弥散分布在晶内，其力学性能优于Mn13钢，Mn8钢中添加了适量的铬和钼元素，阻碍了粒状碳化物的聚集，提高了材料的韧性，Mn8钢的耐磨性和硬度随着冲击磨损功的增大而增强。

所属技术领域

本发明涉及一种奥氏体锰钢，尤其涉及一种合金化奥氏体中锰钢。

背景技术

高锰钢具有硬度低、韧性好、在高冲击载荷下表现出优异的耐磨性能，自1882年由英国的R. A. Hadfield发明以来，一直作为优良的耐磨材料广泛应用于冶金、矿山、铁路、农机等各个行业。但高锰钢的铸态脆性较大，不宜直接使用，水韧处理易使细长件、薄壁件氧化脱碳或变形超差，工件加工硬化能力强，难以切削加工。

奥氏体中锰钢，Mn含量小于8%，冲击磨损下会诱发产生马氏体相变，加工硬化能力提高，同时加入RE，使冲击韧性明显提高，用中锰钢代替高锰钢生产破碎机鄂板，既提高了非强烈冲击条件下工件的耐磨性，又降低了锰合金的含量，具有良好的经济性。在冲击力不很大，又要求耐磨的工况条件下，提高耐磨性的另一途径是使高锰钢低合金化。

发明内容

本发明的目的是为了改善高锰钢的抗高冲击和强凿削磨损能力，设计了一种合金化奥氏体中锰钢。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

合金化奥氏体中锰钢的制备原料包括：采用不氧化法溶炼，在150kg中频感应炉中熔炼，炉前用稀土硅铁孕育变质处理。变质剂由质量分数为50%的50Re-13Mg-7Si-30Fe和60%Ti-40%Fe组成。采用砂型铸造，温度将至1450-1480℃时开始浇注，试样浇注成标准Y型试块。

合金化奥氏体中锰钢的制备步骤为：高锰钢Mn13采用传统水韧处理工艺，合金化中锰钢Mn8由于降低了Mn和C的含量，添加了合金元素，其铸态组织中存在大量碳化物，需增加在1150℃保温15-20min。为防止奥氏体中析出较多碳化物和大量分解为共析组织，升温温度在T＜500℃时为100℃/h，500-700℃之间升温速度为200℃/h，700-1150℃之间升温速度为100℃/h，保温1.5-2h，为防止碳化物再次析出，出炉水冷温度不低于950℃。为了提高合金化奥氏体Mn8钢的硬度和耐磨性需要对试样进行回火处理，第一次回火工艺为将试样加热到650-700℃保温2-3h后出炉水冷，此时试样组织为：珠光体、奥氏体晶界附近析出少量碳化物及马氏体，此时奥氏体未完全转变。二次回火工艺将试样加热至350-400℃，保温2-3h出炉后水冷，试样组织为奥氏体基体上均匀分布的粒状碳化物及马氏体。

合金化奥氏体中锰钢的检测步骤为：对试样力学性能进行测试，在WE-10A万能材料试验机拉伸试验，使用MT-3型硬度计测量试样的硬度。采用D8型X射线衍射仪对材料磨损面进行相分析，Quanta200型扫描电镜分析材料的显微组织和磨损表面形貌，并利用其配套的能谱仪对磨损面进行了元素分析。动载磨料磨损试验在MM-200型试验机上进行，Mn13钢或合金化奥氏体Mn8钢作为上试样(尺寸为10mm×10mm×40mm)，试验机冲锤质量为10kg，冲击功分别选取1、2、3J，对应冲锤高度分别为10、20、30mm，下试样是圆环形40Cr钢对磨试样，硬度为45-55HRC，磨料为人造石英砂，粒度为8-10目。试验条件是下试样以200r/min的速度旋转，上试样以200次/min频率冲击下试样，磨料以300mL/min流量流入上下试样之间，试验时间为30min。上试样在试验前后均用酒精和丙酮进行超声清洗，且在精度为0.1mg。

所述的合金化奥氏体中锰钢，合金化奥氏体Mn8钢经过变质处理和二次回火沉淀强化处理，奥氏体组织均匀，晶粒较小，碳化物以网状和短链状弥散分布在晶内，力学性能优异。