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高锰钢_百度文库

作者:沙龙sa36 发布于:2020-07-25 10:36 点击量:

  高锰钢_工学_高等教育_教育专区。高锰钢在何种工况下的选用及热处理方法 牌号

  高锰钢分为两大类,一类是耐磨钢,一类是无磁钢。这里主要涉及耐磨钢。这类 钢含锰 10%~15%,碳含量较高,一般为 0.90%~1.50%,大部分在 1.0%以 上。其化学成分为(%): C0.90~1.50Mn10.0~15.0 Si0.30~1.0 S≤0.05 P≤0.10 这类高锰钢的用量最多,常用来制作挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧 面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。 上述成分的高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成,有 时还含有少量的磷共晶。碳化物数量多时,常在晶界上呈网状出现。因此铸态组 织的高锰钢很脆,无法使用,需要进行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶 处理,即将钢加热到 1050~1100℃,保温消除铸态组织,得到单相奥氏体组织, 然后水淬,使此种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提 高,所以此种热处理方法也常称为水韧处理。热处理后力学性能为:σb615~ 1275MPa σ 0.2340~470MPa ζ15%~85% ψ15%~45% aKl96~294J/cm2 HBl80~225 高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解, 当其数量较少符合检验 标准时,仍可使用。 奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时,金属表面发生塑性变形。形变强化的 结果, 在变形层内有明显的加工硬化现象, 表层硬度大幅度提高。 低冲击载荷时, 可以达到 HB300~400,高冲击载荷时,可以达到 HB500~800。随冲击载荷的不 同,表面硬化层深度可达 10~20mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。 高锰钢在强冲击磨料磨损条件下,有优异的抗磨性能,故常用于矿山、建材、火 电等机械设备中,制作耐磨件。在低冲击工况条件下,因加工硬化效果不明显, 高锰钢不能发挥材料的特性。 中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是:ZGMn13—1(C 1.10%~1.50%) 用于低冲击件, ZGMn13—2(C1.00%~1.40%)用于普通件, ZGMn13—3(C0.90%~ 1.30%)用于复杂件,ZGMn13-4(C0.90%~1.20%)用于高冲击件。以上 4 种牌号 钢的锰含量均为 11.0%~14.0%。 在冲击载荷作用的冷变形过程中,由于位错密度大量增加,位错的交割、位 错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化。这是加工硬化的重要原 因。另一个重要原因则是高锰奥氏体的层错能低,形变时容易出现堆垛层错,从 而为ε马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。 常规成分的高锰钢的形变硬 化层中常可以看到高密度位错、位错塞积和缠结。ε马氏体和形变孪晶的出现使 钢难以变形,尤其是后者的作用更大。上述各种因素都使高锰钢的硬化层得到很 高程度的强化,硬度大幅度提高。 高锰钢极易加工硬化,因而很难加工,绝大多数是铸件,极少量用锻压方法 加工。高锰钢的铸造性能较好。钢的熔点低(约为 1400℃),钢的液、固相线温 度间隔较小,(约为 50℃),钢的导热性低,因此钢水流动性好,易于浇注成型。 高锰钢的线 倍,故铸造时体积收缩和 线收缩率均较大,容易出现应力和裂纹。 四、工况条件与高锰钢的应用 在长期使用中发现, 高锰钢韧性很好, 但在某些条件下, 其耐磨性不尽人意, 影响耐磨性因素有:铸件原始硬度,加工硬化速度,析出第二相硬粒子的沉淀强 化,铸件工作面的硬化层深度,前面谈到的各种措施就是提高高锰钢耐磨性采用 的一些方法。随着科学研究的发展,人们开始跳出了高锰钢的圈子,着眼于马氏 体钢、贝氏体钢、镍硬铸铁、高铬铸钢(铁) 、复合材料、铸石、橡胶等各种材 料。控制实际工况条件,归纳几点对选材的看法。 1.对弱冲击磨料磨损工况: 高锰钢基本不能产生加工硬化, 由于冲击力很小, 对材料韧性要求不高,可以选用原始硬度高的材料,如空气运输、水力输送管道 可用玄武岩铸石制造。对水泥磨 2 中二、三仓(细磨仓) ,研磨介质小,冲击力 小,可以选用低铬铸铁、高铬铸铁,甚至白口铁等脆性耐磨材料,寿命较高锰钢 提高 1~4 倍。 2.对低冲击磨料磨损工况:高锰钢虽能产生加工硬化,但硬度很低,因冲击 力低不大,可选用高碳高锰钢、中锰钢、贝氏体钢、低合金马氏体钢及贝氏球铁 等材料。例如,对大磨机的衬板(一仓) ,选中合金马氏体钢 ZG42CrMnSi2Mo 可 使寿命提高 2~3 倍,而且不产生变形。尤其现在水泥粉磨中研磨介质逐步推广 使用高铬铸球,其与高锰钢衬板硬度匹配不好,使衬板变形加速,寿命降低,更 加显示出替代高锰钢的必要性。破碎普氏硬度 f≤12 物料,400×600 颚式破碎 机齿板如用中合金马氏体钢制造,寿命提高约 20%~50%,还可将破碎物料中 的铁屑吸出,提高物料纯度,对增加白水泥白度和减小矽砖小氧化铁溶洞有利。 另外,12kg 以下的小锤头也可用一定韧性的马氏体钢来制造。 3.对中等冲击磨料磨损工况:例如冲击功为 4J 时,相当于破碎 f=12~14 的矿石,齿板可以选用韧性较好的马氏体钢和改性高锰钢,它们的耐磨性比高锰 钢提高 20%~100%。我们还用高锰钢-高铬铸钢粘结复合齿板破碎花岗岩,寿命 较高锰钢提高 2.5 倍。 4.对强冲击磨料磨损工况:冲击功大于 5J,矿石硬度 f=16~19 时,用马氏 体钢做齿板或衬板,其安全性不够或耐磨性不高,仍需采用高锰钢系材料。例如 φ200 圆锥破碎机使用铬、钛改性高锰钢,破碎 f=17~19 矿石,耐磨性较标准 高锰钢高 50%左右, 而在破碎 f=12~14 矿石时, 耐磨性提高幅度达 70%~100%, 即在强冲击磨损时,两者耐磨性差距缩小。可能在强冲击条件下,它们的加工硬 化速率相近,改性高锰钢的原始硬度较高,硬化后表面硬度仍保持较高,达到 HV700 左右, 而标准高锰钢硬化后也达 HV600 多, 但硬度差距较中等冲击时缩小, 所以造成耐磨性差别也减小。 对一些受强冲击的大尺寸锤头可采用超高锰钢来保 证其正常工作。矿山破碎用的湿法磨衬板,当矿石硬度 f≤14 时,低合金马氏体 钢的使用寿命较标准高锰钢约高 50%,对硬度 f>14 矿石,我国仍用标准高锰 钢制造, 因改性高锰钢原料成本高, 生产工艺复杂, 要求严格, 影响了它的生产、 使用。而国外在矿山湿式磨机时,对衬板选材首先考虑马氏体钢,其次大量采用 橡胶衬板。其寿命可较标准高锰钢提高 1~5 倍,还降低了电耗、球耗、减少磨 机噪单,减轻维修时的劳动强度等。我国橡胶制品行业正在开发这种产品。 总之,耐磨材料的选用主要根据实际工况条件,对照上面的原则,并通过试 验来选择。 4. 锤头材质选择的几点建议 综上所述 , 锤头在使用中不同程度地承受撞击磨损与切削 磨损 , 对使用的材质提出高韧性与高硬度的要求 , 但众所周知 , 韧性与硬度是一对矛盾。 因此在实际选择材质时 ,一定要充分了 解工况条件及其磨损机制 ,合理选用材质。 4. 1 锤式破碎机的大小及锤头的重量。破碎机规格越大 ,锤头重 量越重 ,其所破碎物料的块度越大 ,因此 ,锤头受到的冲击载荷 也越大。 为此 ,在选择材质时应首先考虑在保证锤头韧性的前提 下提高其硬度。 4. 2 所破碎物料的块度与硬度。物料硬度越高 ,对锤头材质的硬 度要求越高;而物料块度越大 ,对其韧性要求越高。 4. 3 在选用锤头材质时 ,还应考虑到技术经济效果 ,力争做到优 质价廉 ,具有市场竞争力。同时还应考虑其工艺合理性 ,使生产 厂易于组织生产与质量控制。

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