專利名稱：：一種具有顯著加工硬化能力的高硅奧氏體高錳鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高錳鋼領(lǐng)域，具體涉及一種高硅含量奧氏體高錳鋼及其制備方法。用該方法制備的奧氏體高錳鋼具有屈服強(qiáng)度高，初次使用過程中不易產(chǎn)生較大變形，中低應(yīng)力下加工硬化能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
：磨損是機(jī)器最常見也是最大量的一種失效方式，據(jù)統(tǒng)計(jì)約60~80%的機(jī)械零件的失效由磨損引起。因而提高材料的耐磨性將能有效地節(jié)約材料，提高機(jī)器裝備的使用性能和使用壽命，減少維修費(fèi)用，這對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大意義。高錳鋼(1.0~1.4%C，ll14%Mn)擁有顯著的加工硬化能力和高的沖擊韌性，在抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力作用下的磨料磨損或鑿削磨損方面具有其他材料難以比擬的耐磨性能。自英國人Hadfield于1882年發(fā)明以來，它就一直廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機(jī)械裝備中。然而大量的試驗(yàn)和工程應(yīng)用表明，高錳鋼只有在高應(yīng)力下才能發(fā)生顯著的加工硬化，而對(duì)耐磨件服役條件而言，高應(yīng)力工況不足5%，絕大部分都是在中低應(yīng)力狀態(tài)下工作。同時(shí)，高錳鋼使用狀態(tài)的組織為水韌處理后的單相奧氏體，屈服強(qiáng)度低，故在初次使用時(shí)易于產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，造成較大的磨損，甚至使設(shè)備的功能喪失。因此普通高錳鋼的應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。目前，主要通過合金化及沉淀強(qiáng)化來提高普通高錳鋼的屈服強(qiáng)度。Cr和Mo是國內(nèi)外高錳鋼中應(yīng)用最廣泛的元素，如我國的ZGMnl3-4及ASTM中的C鋼都含有2%左右的Cr，ZGMnl3-5及ASTM中的E-l鋼中含有1%左右的Mo。沉淀強(qiáng)化主要在加入Ti、V、Mo和Nb等強(qiáng)碳化物形成元素的基礎(chǔ)上，再通過長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)效在奧氏體基體上彌散析出穩(wěn)定的、難以分解的碳化物，如MoC，VC，V4C3以及Ti/NbC。這些方法的最大問題是顯著增加了合金的成本，同時(shí)還惡化了合金的韌性，因此并未獲得廣泛應(yīng)用。為了克服高錳鋼在低應(yīng)力條件下加工硬化能力差的問題，目前主要通過降低傳統(tǒng)高錳鋼中的Mn含量和碳含量，獲得中錳鋼，使傳統(tǒng)穩(wěn)定的奧氏體變成介穩(wěn)的奧氏體，使其在中低應(yīng)力條件下發(fā)生奧氏體Y—oc'馬氏體轉(zhuǎn)變，促進(jìn)加工硬化能力和抗磨性的提高。但中錳鋼的韌性儲(chǔ)備遠(yuǎn)低于高錳鋼，同時(shí)高碳的a'馬氏體韌性差，因此不宜在高應(yīng)力條件下服役，中應(yīng)力條件下也得慎用，僅適用于低應(yīng)力下的抗磨件。因此提高高錳鋼的屈服強(qiáng)度，降低其在使用過程中的變形和提高其在中低應(yīng)力下服役的耐磨性，以及明確高錳鋼異常加工硬化的主要機(jī)制，仍是高錳鋼應(yīng)用中亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對(duì)已有技術(shù)存在的問題，提供一種屈服強(qiáng)度高，使用過程中不易于產(chǎn)生較大變形，中低應(yīng)力下加工硬化能力強(qiáng)的高硅含量高錳鋼及其制備方法。在總結(jié)分析國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為高錳鋼的異常加工硬化的主要機(jī)制是孿晶變形后導(dǎo)致的偽孿晶的形成，較低的層錯(cuò)能和高含量的間隙原子c是偽孿晶形成的兩個(gè)關(guān)鍵因素。因此在保證足夠間隙原子數(shù)量的同時(shí)，進(jìn)一步降低高錳鋼的層錯(cuò)能SFE，降低孿晶/應(yīng)力s馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生的臨界應(yīng)力，促進(jìn)孿晶/應(yīng)力s馬氏體在低應(yīng)力下迅速轉(zhuǎn)變，從而硬化基體，最終解決高錳鋼因屈服強(qiáng)度低導(dǎo)致初次使用時(shí)的嚴(yán)重變形，以及中低應(yīng)力下的加工硬化能力低和耐磨性差的問題。Si是顯著降低奧氏體層錯(cuò)能SFE的元素，在高錳鋼中加入更多的Si，將能顯著降低合金的SFE，有利于孿晶的發(fā)生，甚至應(yīng)力誘發(fā)Y—s馬氏體轉(zhuǎn)變。同時(shí)Si能顯著強(qiáng)化基體，提高合金的屈服強(qiáng)度(50MPa/l%Si)。然而傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為高錳鋼中的Si含量大于1%后將促進(jìn)粗大枝晶和碳化物的形成，會(huì)降低高錳鋼的沖擊韌性，因此國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定Si含量必須《"/。。但需要指出的是上述結(jié)論是在高碳含量(1.11.3%)基礎(chǔ)上得出的。在保證足夠碳原子數(shù)量獲得偽孿晶的條件下，降低碳含量，提高Si元素的含量，有望在顯著降低合金SFE的同時(shí)，又不顯著降低合金的塑韌性。本發(fā)明提供的高硅含量高錳鋼由以下方法制備。該制備方法是將熔煉獲得的以Fe、Mn、Si和C作為主要化學(xué)成分的合金，經(jīng)鑄造或鍛造或冷軋或熱軋或冷拉后，在高于105(TC下保溫至少0.5小時(shí)后水淬。合金中各元素的重量百分比含量為C0.31.0%，Mnl3~22%，Si3~8%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)合金及其制備的成本低。加入的Si元素價(jià)格便宜，而且合金不需要長(zhǎng)時(shí)間的熱處理工序，因而合金及其制備成本便宜。2)中低應(yīng)力下能迅速加工硬化，變形小，并且具有優(yōu)良的力學(xué)性能。圖1.本發(fā)明的一種合金與傳統(tǒng)高錳鋼的工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線。圖2.本發(fā)明的一種合金與傳統(tǒng)高錳鋼沖擊變形量和沖擊面硬度的關(guān)系。具體實(shí)施例方式下面給出實(shí)施例，以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1U將由Fe、Mn、Si和C元素組成的合金鑄造后，鑄錠再經(jīng)過鍛造成①15的棒材，經(jīng)1100。C保溫30min水淬后，加工成用于沖擊試驗(yàn)的①10X10的試樣及10X10X55的U型缺口試樣，以及拉伸的圓形棒材。試樣在50J的低能量沖擊100次后，測(cè)量其高度變形量(試樣沖擊前后的高度差與試樣沖擊前高度的比值)和沖擊面的顯微硬度HV。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為3個(gè)試樣的平均值。按同樣的方法制備了傳統(tǒng)高錳鋼作為比較例。合金的化學(xué)分析成分和試驗(yàn)結(jié)果見附表。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、一種中低應(yīng)力下具有良好加工硬化性能的高硅奧氏體高錳鋼，該合金由Fe、Mn、Si和C元素組成，其特征在于各元素的重量百分比含量為C0.3～1.0％，Mn13～22％，Si3～7％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。2、一種制備權(quán)利要求1所述的高硅奧氏體高錳鋼的方法，是將熔煉獲得的以Fe、Mn、Si和C作為主要化學(xué)成分的合金，經(jīng)鑄造或鍛造或冷軋或熱軋或冷拉后，在高于105(TC下固溶處理0.52小時(shí)后水淬，其特征在于室溫下的組織由單相的奧氏體組成，各元素的重量百分比含量為C0.3~1.0%，Mnl322%，Si37%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅奧氏體高錳鋼的制備方法，其特征在于固溶處理的溫度為U00115(TC，時(shí)間為0.51.5小時(shí)。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅奧氏體高錳鋼的制備方法，其特征在于各元素的重量百分比含量為C0.40.8%，Mn14~18%，Si46%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。全文摘要本發(fā)明提供了一種具有顯著加工硬化能力的高硅奧氏體高錳鋼及其制備方法。該方法是將熔煉獲得的以Fe、Mn、Si和C作為主要化學(xué)成分的合金，經(jīng)鑄造或鍛造或冷軋或熱軋或冷拉后，在高于1050℃下固溶處理0.5～2小時(shí)后水淬，其特征在于室溫下的組織由單相的奧氏體組成，各元素的重量百分比含量為C0.3～1.0％，Mn13～22％，Si3～7％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。經(jīng)本發(fā)明制備的高硅奧氏體高錳鋼在中低應(yīng)力下的加工硬化能力比傳統(tǒng)高錳鋼更強(qiáng)，且變形小。文檔編號(hào)C22C38/04GK101492785SQ20091005854公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2009年3月9日優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日發(fā)明者葉建建,彭華備,文玉華,寧李申請(qǐng)人:四川大學(xué)