高錳鋼強化研究綜述

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1、咼鎰鋼強化研允綜述高猛鋼作為一種抗沖擊耐濟材料廣泛應(yīng)用于冶金礦山、煤炭、電力等行業(yè)。高猛鋼是一種延性耐濟材料，沖擊韌性很高，室溫下高達軸276.6。“屈強比〃較低，Rel334?409MPn,Rm607?980MP*有很強的應(yīng)變碩化能力。但在未充分碩化前，其耐磨性能并不高。影響其磨損能力的因素主要是應(yīng)變碩化能力和機械強度。簡單的說硬化性能好和機械強度兩個兇素保證表層硬度高而內(nèi)層金屬韌性,塑形好，類似調(diào)質(zhì)鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能。應(yīng)變碩化又叫加工碩化或形變強化，是材料重要的力學(xué)行為之一。金屬對塑形變形的

2、抗力是隨變形量的増加而增加的。流變應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增加的現(xiàn)象就是應(yīng)變硬化。塑形變形會使金屈的強度性能（屈服極限、碩度、強度極限、彈性模量）等捉高，而塑形性能降低。加工硬化性能好有利丁耐磨性的捉高，體現(xiàn)在如下三個方面：碩化層表面硬度高，碩度提高快；有利于提高碩化層厚度；有利于提高屈服強度（Rel）和抗拉強度（Rm）。碩化層表面的碩度提高和Rm、Rel等力學(xué)性能的提高將直接促進耐磨性的提高。應(yīng)變硬化指數(shù)n是指因蜩性變形引起的硬度和強度增加的度量。n值的物理含義是材料均勻變形的能力。n值大材料不易進入分散失

3、穩(wěn)，材料應(yīng)變強化的能力強（即把變形從大應(yīng)力處向小應(yīng)力處轉(zhuǎn)移的能力），n值隱含的物理意義是整個變形區(qū)域上應(yīng)變分布的均勻性。高錨鋼加工硬化理論有李晶硬化，位錯硬化,Fe-Mn-C原子團硬化，馬氏體硬化等。將在后文結(jié)合強化理論闡述。提高機械強度沖擊韌性提高，抗沖擊性能提高，在強烈沖擊載荷下不會斷裂。另外疲勞強度（。一1）提高，抗疲勞剝落能力提高，這促進高犠鋼產(chǎn)品的壽命。各種提高鎰鋼耐磨性研究工作開展的基礎(chǔ)就是在提高某一性能的同吋，最好亦能提高另一性能，但至少不損害或降低另一性能。但是有學(xué)者根據(jù)使用工況不同，做

4、了不同方向的研究。如非強烈沖擊載荷工況下的中鎰鋼，降低鎰、碳含量，使奧氏體穩(wěn)定性降低，而使加工硬化性能提高，但機械強度的不口J避免降低。在強烈沖擊載荷情況下普通高錨鋼已不能滿足使用要求，進而開發(fā)出的超高錨鋼，其錨含量提高到18%,使其沖擊性能提高。很多學(xué)者和企業(yè)科研人員研究加入合金元索來同溶強化或加入變質(zhì)劑細晶強化，或者通過熱處理得到的沉淀強化，目的是提高高猛鋼的形變硬化能力和機械強度，進而提高耐磨性能。木文就從后面幾種強化機制來展開論述，對屮鎰鋼不再贅述。一、固溶強化（提高機械性能）高鎰鋼化學(xué)成分中碳

5、含量0.9%?1.5%、鎰含量10%?15%,兩種元索的配比Mn/C比值約為8.5?1(),保證形成單一奧氏體組織。如杲C、Mn含量過低,固溶處理后將會出現(xiàn)部分馬氏體組織，組織會變脆。捉高C含量，固溶強化作用增加，奧氏體猛鋼的強度和硬度捉高，耐磨性捉高，但塑性和韌性下降。塑形和韌性下降的原因是鋼屮C含量超過1.3%,鑄態(tài)組織會出現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀碳化物，造成晶界被脆性和包圍，失去塑、韌性。另外由于碳化物和奧氏體比容上的差界,碳化物溶于奧氏體后引起超顯微疏松，組織不致密也會使韌性降低。其次碳原子固溶與奧氏體中，形

6、成間隙式固溶體，會在位錯周圍壓應(yīng)力區(qū)富集形成柯氏氣團，阻礙位錯運動，在力學(xué)性能上表現(xiàn)為強度增加，塑形韌性下降。奧氏體是面心立方組織，常見合金元素中Mn、Ni、Al是面心立方晶體結(jié)構(gòu)(FCC),加入后會擴大奧氏體區(qū)，穩(wěn)定奧氏體組織。Fe原子半徑為1.27A,Mn原子半徑1.29A,固溶強化作用效果較大。加入捉高合金的固溶度和沖擊性能，但對耐磨性能影響不明顯。鐳是過熱敏感性元素，能促進奧氏體枝晶牛氏,使液態(tài)金屬趨于糊狀凝固，過熱則導(dǎo)致晶粒粗大，導(dǎo)致韌性下降。Cr為體心立方(BCC)品體結(jié)構(gòu)，原子半徑為1.2

7、8A,可以形成連續(xù)固溶體。若固溶于奧氏體后能提高鋼的屈服強度，形成碳化物則會使沖擊韌性降低。但G對奧氏體的穩(wěn)定性影響存在爭議。加入的Ci?以碳化物形式存在，I大I降低奧氏體的C含量而降低其穩(wěn)定性，促進加工碩化；若以固溶態(tài)存在，I大I增加奧氏體的合金化程度而增加奧氏體的穩(wěn)定性。Mn.Cr都是弱碳化物形成元素，且都是品界網(wǎng)狀碳化物形成元素，兩者相比，Cr更易形成碳化物。高猛鋼加入1%?3%Cr,只能形成(Fe,Cr)3C型復(fù)合碳化物,比(Fe,Mn)3C穩(wěn)定,須在更高溫度下分解，奧氏體化溫度要捉高；原子擴散

8、能力減弱，均勻化時間長，保溫時間也要增加。Ni的晶體結(jié)構(gòu)為FCC,擴大X相區(qū)元素。加入銀能增加奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的淬透性，其作用遠遠大丁鎰的效果。在C含量0.9%,加入3%的Ni,即使空冷也可以得到單一的奧氏體。原子半徑為1.25A,少量銀的固溶強化作用不明顯。另外牒為非碳化物形成元素。高錨奧氏體鋼形變時易產(chǎn)生堆垛層錯。有學(xué)者認為猛、鈕能降低層錯能，使位錯寬度變小，易形成彎品進而導(dǎo)致位錯運動阻力增加，使金屈基體強化程度捉l>'JC二、細