本文關(guān)鍵詞： Fe-24Mn-7.1Al-1.0C鑄鋼 輕質(zhì)耐磨鋼 磨損機(jī)理 硬化機(jī)理　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：冶金、礦山等行業(yè)不斷出現(xiàn)大型設(shè)備,如采礦、破碎、挖掘等設(shè)備,其耐磨配件重達(dá)幾噸到幾十噸。與傳統(tǒng)高錳鋼相比,超高錳鋼(Mn17%)擁有更強(qiáng)的加工硬化能力和較高的低溫沖擊韌性。因此被廣泛應(yīng)用在強(qiáng)載荷或擠壓工況下,如破碎機(jī)錘頭、大型球磨機(jī)襯板等。然而傳統(tǒng)高錳鋼(Hadfield steel)或超高錳鋼由于較低的屈服強(qiáng)度和初始硬度等原因,在中低載荷下不能完全發(fā)揮其本身的特性就因變形而報廢,不能滿足這些大型厚壁耐磨件的要求。因此,本文基于高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、低密度的設(shè)計原理,從成分設(shè)計、冶煉、鑄造、熱處理以及沖擊磨損等角度研究高錳-高鋁的圓錐破碎機(jī)襯板用輕質(zhì)耐磨鋼的制備工藝及磨損機(jī)理。研究了常規(guī)水韌處理和余熱水韌處理對新型輕質(zhì)耐磨鋼(Fe-24Mn-7.1 Al-1.0C鑄鋼)的組織和性能的影響。結(jié)果表明：對中小壁厚的鑄件,該輕質(zhì)耐磨釧完全能采用此余熱水韌處埋方式生產(chǎn)(余熱溫度必須大于850-C),其未溶碳化物級別W2,析出碳化物級別X2。余熱處理后的沖擊韌性值(V型缺口)達(dá)到108J/cm2,表面硬度為219HB(心部硬度為217HB),抗拉強(qiáng)度為784MPa,屈服強(qiáng)度408MPa,斷后伸長率為53.8%。輕質(zhì)耐磨鋼的常規(guī)最佳水韌溫度為1050℃,保溫1h：沖擊韌性為231.3J/cm2,硬度為205HB,抗拉強(qiáng)度為809MPa,屈服強(qiáng)度為410MPa,斷后伸長率為59.6%。針對輕質(zhì)耐磨鋼僅采用水韌處理時的初始硬度和屈服強(qiáng)度不足的問題C未達(dá)到目標(biāo)要求),提出了時效方法來提高其初始硬度和強(qiáng)度。優(yōu)化出輕質(zhì)耐磨鋼的最佳熱處理工藝：加熱至1050℃保溫1h水韌,再經(jīng)550-℃時效2h,空冷處理。該工藝條件下奧氏體基體內(nèi)細(xì)小碳化物彌散分布,力學(xué)性能明顯改善,抗拉強(qiáng)度為825MPa,屈服強(qiáng)度為574MPa,沖擊韌性為156J/cm2,硬度為271HB,斷后伸長率為32%,使得硬度、強(qiáng)度、沖擊韌性達(dá)到了最佳匹配值；與僅水韌處理相比屈服強(qiáng)度提高40.0%,硬度提高32.2%。對輕質(zhì)耐磨鋼的耐磨性進(jìn)行檢測,在同樣磨損條件下,選擇改性高錳鋼Mn13Cr2為對比材料。結(jié)果表明：僅采用水韌處理后方式,輕質(zhì)耐磨鋼的耐磨性在0.5J-4J沖擊功條件下均高于Mn13Cr2鋼。在中低載荷條件下(0.5J-2J)是其1.09-1.17倍,而在高沖擊功條件下(4J)為其1.4倍。輕質(zhì)耐磨鋼采用1050℃保溫1h水韌處理+550℃溫度時效2h后由于納米級的K-碳化物析出,不僅改善了輕質(zhì)耐磨鋼鑄鍘的力學(xué)性能,而且存低沖擊載荷下(0.5J)使其耐磨性達(dá)到最佳,為Mn13Cr2的2.09倍。最后通過對比輕質(zhì)耐磨鋼(Fe-24Mn-7.1Al-1.0C鑄鋼)和不含鋁的超高錳鋼(Fe-25Mn-1.1C鑄鋼)耐磨性、磨損表面形貌和亞表層微觀組織,分析鋁對超高錳鋼的耐磨性、磨損機(jī)理、硬化機(jī)制的影響。結(jié)果表明：(1)鋁的添加降低了奧氏體基體碳的活度和擴(kuò)散系數(shù),增加了碳的穩(wěn)定性。時效過程中鋁抑制了粗大的針狀碳化物的析出,析出大量納米級(Fe, Mn)3AlC的K-碳化物,提高了超高錳鋼的耐磨性。(2)鋁的添加對僅水韌處理后的磨損形貌影響不大。在時效過程,由于K-碳化物析出增加了基體的硬度,降低了輕質(zhì)耐磨鋼的磨損表面犁溝深和減少了剝落坑的數(shù)量。長時間時效后,粗大的K-碳化物會因沖擊變形使其在晶界處破碎形成微裂紋,進(jìn)而形成脆性塊狀脫落加劇其磨損量,降低了耐磨基體的均勻性。(3)鋁增加了超高錳鋼的層錯能(從36.5mJ/m2提高至67.3mJ/m2),降低了加工硬化速率,強(qiáng)烈抑制了孿晶轉(zhuǎn)變,改變了其加工硬化機(jī)制；輕質(zhì)耐磨鋼低沖擊載荷下的磨損硬化機(jī)制：水韌時為位錯纏結(jié)、位錯墻；水韌+550℃時效后的磨損硬化機(jī)制為高密度位錯墻、高密度位錯纏結(jié)。
[Abstract]:This paper deals with the preparation technology and wear mechanism of lightweight wear - resistant steel , such as mining , crushing , mining and so on . It has been widely used in high - strength , high - hardness , high - toughness and low - temperature impact toughness . The wear resistance , wear mechanism and hardening mechanism of ultra - high manganese steel have been improved . The results show that : ( 1 ) The wear resistance of lightweight wear - resistant steel is higher than that of Mn13Cr2 steel under the condition of low load ( 0.5J - 2J ) .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1473140