热处理工艺对合金化高锰钢组织及性能的影响研究

王政 李东东

摘  要：本文将高锰钢型号为Mn13Cr2作为本次的研究对象，通过微观的组织观察以及硬度的测试等方法，分析高锰钢组织在热处理工艺的影响。研究证明：合金化高锰钢组织中有很多块状的还有针片状的碳化物，处在晶界上面，还有晶界的内部。在550摄氏度的环境中放置1.5小时之后，使用淬火处理，合金化高锰钢基本组织的一些奥氏体分解成珠光体;持续进行升温，珠光体变成了奥氏体形核的界面，这在一定层面能够细化奥氏体组织。合金化高锰钢的最好的热处理工艺是：每小时100摄氏度加热到550摄氏度，并且保持1.5小时，然后再加热到650摄氏度，保持2个小时，最后加热到1080摄氏度，保持2个小时，淬火，能够让晶体更加的细，晶粒的尺寸为170μm。而且在热处理以后，合金化高锰钢的硬度是219 HBS。

关键词：合金化高锰钢组织;热处理工艺;性能

引言

高锰钢为铁基耐磨材料里面十分具有代表性的产品，在耐磨材料里面占据十分关键的位置。由于其在高应力、高冲击的工作状态下，体现了十分良好的抗磨的功效，而且具备良好的柔韧性以及形变硬化的能力，被广泛地运用在破碎、挖掘以及采矿等领域。高锰钢要通过合理的热处理工艺之后，才具有比较好的机械功能，达到使用的标准要求。本文先简单的陈述了高锰钢的基本情况，然后对热处理工艺之下的高锰钢组织与性能影响进行分析。

1高锰钢基本情况介绍

高锰钢一般指的是含有Mn量超过10%的合金钢，通过很长时间的发展，它的化学成分基本处在比较平稳的状态。我国最新颁布的行业标准《JB/T 6404-2017 大型高锰钢铸件技术条件》和国际的标准中高锰钢铸件的化学成分情况，主要如表1可知：

根据表1可知，当前我国国内标准与国际标准基本一致。

2试验材料及方法

2.1试验材料

本次试验对Mn13Cr2型号的合金化高锰钢进行研究，其化学成分根据表2可知：

2.2试验方法

本研究使用了三种热处理方案，都根据每小时100摄氏度的加热速度进行加热。具体方案为：第一种，在650摄氏度的环境下，保温2个小时，然后再在1050摄氏度的环境下，保温2个小时，淬火;第二种，在650摄氏度的环境下，保温2个小时，然后再在1080摄氏度的环境下，保温2个小时，淬火;第三种，在550摄氏度的环境下，保温1.5个小时，然后再在650摄氏度的环境下，保温2个小时，最后在1080摄氏度的环境下，保温2个小时，淬火。

使用型号为SKT-4-12的管式电阻炉对大小是10mm×20mm×35mm的工件进行加热处理。为了预防热处理环节中工件出现脱碳的情况，在试验中使用气氛保护的方法，用氮气保护气氛，预防氧化脱碳的情况出现。

3热处理工艺对合金化刚锰钢组织性能的影响

3.1铸态显微组织

合金化高锰钢组织的奥氏体基体中散布着碳化物，碳化物分布比较均匀，大部分在晶界上还有晶界里面，碳化物呈现出针片的形状以及块的形状。

3.2热处理后显微组织

经过方案1之后，组织里面的碳化物并没与完全溶解在奥氏体里面，从而能够表明，在1050摄氏度的时候，合金化的高锰钢里面的碳化物已经溶解了，可是溶解的并不充分。通过方案2的处理以后，合金化高锰钢组织里面的碳化物都充分的溶解掉了，组织是单一的奥氏体组织。从而证明，在1080摄氏度的环境下，碳化物已经全部溶解到奥氏体里面了。所以，本研究使用的合金化高锰钢的最好固溶温度是1080摄氏度。

经过方案2还有方案3处理之后，碳化物都完全融到了奥氏体基体里面，构成了单一的奥氏体组织，可是晶粒度存在一些不同的地方。方案2处理以后，晶粒是350μm这样的大小。然而，方案3处理以后，晶粒是170 μm这样的大小。两者比较，通过方案3处理以后的合金化高锰钢组织明显更加的微小。所以，证明方案3是比较好的热处理工艺。

比较第二套方案和第三套方案，方案3要比方案2增加了一个步骤，也就是在550摄氏度的环境下，保持1.5小时。研究过程中，对550摄氏度保温1.5小时之后的显微组织进行了认真地观察，经过这个工艺以后直接淬火的金相组织。在550摄氏度出现共析分解的情况，从而形成珠光体。然后进行其他的热处理工艺，加热的温度超出了共析转变的温度之后，珠光体会出现奥氏体重结晶。重新结晶能够在多个相界上面形成核，产生多个奥氏体晶粒，使得一些奥氏体组织出现了细化的情况。

3.3热处理对硬度的影响

硬度表示的是材料表面抵御破坏的能力，能够在一定层面表现出热处理工艺层面的区别。在不改变材料基体组织的情况下，提升材料硬度的方法具体包含下面两种类型，分别为：细化晶粒组织与加入第二相质点。铸态与不一样的固溶处理以后的合金化高锰钢布氏硬度测试的结果根据表3可知：

根据表3能够发现，方案1处理以后合金化高锰钢布氏的硬度要比方案2高。這是由于在方案1处理以后，合金化高锰钢组织里面的碳化物并没有完全溶解好，表现出弥散的细小的分布情况，构成了第二相质点强化。在热处理里面，奥氏晶体粒也在长大，因此铸态合金化高锰钢的硬度比方案1处理后的要高。在方案2热处理之后，碳化物完全融入到了奥氏体里面，没有第二相强化的作用，因为方案2处理之后的硬度会降低。在方案3热处理以后，虽然碳化物全部溶解了，没有第二相强化的作用，可是奥氏体晶粒出现了细化的情况，细化晶粒组织的强化功效要比第二相强化更加强一些，因此方案3处理以后硬度要比方案1还要硬一些。

4结论

第一，合金化高锰钢铸态组织里面有许多块状的碳化物以及针片状的碳化物，这些碳化物在晶界上面还有晶界里面。在加热到550摄氏度保温1.5小时以后进行淬火处理，合金化高锰钢基体组织里面一些奥氏体分解成珠光体;之后加热处理以后，珠光体变成奥氏体的形核界面，会细化奥氏体的组织。

第二，比较不一样的热处理以后的组织和硬度，明确合金化高锰钢的最好的热处理工艺是：根据每小时100摄氏度的加热速度，加热到550摄氏度，保温时间为1.5小时，然后在650摄氏度环境下保温2个小时，最后在1080摄氏度的环境下保温2个小时，淬火，能够让晶粒出现细化，晶粒的大小可以到170μm左右。

第三，热处理工艺以后，合金化高锰钢的硬度比铸态低。合金化高锰钢经过最佳的热处理之后的硬度是219 HBS。

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