ZGMn13钢水韧处理工艺研究与实践

1、1ZGMn13i冈水韧处理工艺研究与实践、， 、-刖日在机械制造业中，有大量的具体零件在服役过程中，需要很高的耐干性摩擦的磨损 能力，例如：铁道工程中的道岔、破碎机械的锤头、颗板、挖掘机的铲齿、坦克、链轨 拖拉机的履带板、推土机的推土板、高炮的防弹板，轧钢机械中的大量零件等。为了提高零件的耐磨性，通常是增加钢中的含碳量，通过淬火工艺达到高硬度和形 成大量的碳化物颗粒来抵抗摩擦磨损，另一种方法是通过合金化形成单相奥氏体，并利 用加工硬化基本原理，显著提高硬度及耐磨性1。本研究中针对河北理工大学的专利产品， 轧钢机中心出钢口部件，进行工艺试验研 究与应用。1.试验仪器、设备、材料与方法1.1试验仪

2、器、设备上海产4kw箱式电阻炉，上海产4x金相显微镜，吴忠材料试验机厂产150D洛氏硬 度计。图1一体套1.2材料与试验方法1.2.1材料来源丁昌黎新河铸业有限公司及秦皇岛市新奇精密铸业有限公司ZGMn13-体套,喇叭口，紊流套等铸件，形状如图1和图2所示。图2喇叭口21.2.2试验方法利用固溶基本原理，采用水韧处理ZGMn1掘丁高碳合金特殊性能钢，钢的化学成分如表1所示。表1高铤钢的牌号、化学成分、力学性能和用途（摘自GB/T 5680-1988）注：力学性能为经水韧处理后试样的数值CMnSiSP其他用途举例1.0011.000.300.040.09 635 20 适于铸造形00状简单的低1

3、.4514.001.00冲击耐磨件，如破碎壁、坤套、0.9011.000.300.040.07685 25 147 300齿板、衬板、00铲齿等1.3514.001.000.9511.000.300.030.07735 30 147 300用于结构复50杂并以韧性1.3514.000.80为主的承受强烈冲击载0.9011.000.300.040.07Cr:390735 20300荷的零件，001.50如斗前壁、1.3014.000.80提梁和履带2.50板等0.7511.000.300.040.07Mo:特殊耐磨000.90件，如自固1.3014.001.00型无螺栓磨1.20:化学成分ZGM

4、n13-1ZGMn13-2ZGMn13-3ZGMn13-4ZGMn13-5力学性能（不小于）32.试验基本原理2.1 ZGMn13 铸造后的组织与性能由丁此钢含有大量的碳及铤元素，碳、铤元素是强烈扩大丫相区元素，他会使相图中A4点（N点）上升，A3点（A点）下降，S点明显左移。从Fe-Mn-C的三元相图可知，当具有过共析成分的Mn13钢在平衡态凝固冷却时， 由。相成核、长大，结晶终了得到高温的单相奥氏体组织；再继续冷却过程中，先共析 渗碳体在晶界析出，共析转变不能完全，冷却速度越大，共析转变产物越少；在最终的 铸态组织中有少量珠光体类型的转变的共析组织及大量晶界和晶内碳化物存在。在不同 温度析

5、出的碳化物有不同的形态和分布：较高温度者在晶界成网状，有时局部成块状； 较低温度者则呈晶内针、片状，以明显或不明显的魏氏体组织渗碳体形式出现在奥氏体 基本的铸态组织中。高铤钢铸态组织中有大量脆、硬碳化物在晶界和晶内分布，这将大大降低钢的晶界 强度、钢的韧性和塑性，所以高铤钢不应在铸态使用。提高ZGMnl建冈的含碳量虽然可提高耐磨性，但易使铸件形成裂纹的倾向增大，且 使其韧性降低。铤扩大丫区， 从而稳定奥氏体， 但含铤量的选择应取决于含碳量， 一般 铤、 碳的质量分数之比应控制在9-11之间。硅能提高固溶体的强度和硬度，并可提高 钢的冷缩硬化效应，但硅过多，易使晶界上出现碳化物。由于铤的碳化物析

6、出，降低了 晶界处的含铤量和含碳量，在水韧处理时易析出马氏体组织，从而降低ZGMn13ffl的强度和韧性；并使铸件容易开裂和在加热时脱碳。经水韧处理后的ZGMn13ffl,在较大冲击载荷或接触应力的作用下，其表面即产生 加工硬化，从而具有良好的耐磨性，而且心部则仍保持高的韧性。高铤钢由于加工硬化 快，因此切削加工困难，故仅限于铸造零件。常用来制造要求耐磨并承受大冲击载荷的 零件4。2.2 ZGMn13 常规的水韧处理工艺ZGMn1侈冈是应用广泛的典型耐磨钢。为了改善ZGMn13H的组织以提高韧性，对钢 进行水韧处理，即加热到10001100 C碳化物，获得均匀的、单一的奥氏体组织，使之具有高的

7、抗拉强度、塑性、韧性和无磁 性5。ZGMn13冈的主要特点是在使用中受到剧烈冲击和强大压力而变形时，其表面层将 迅速产生加工硬化并有马氏体及 相沿滑移面形成， 从而产生高耐磨的表面层， 而内层 仍保持优良的韧性6,因此即使使零件磨损到很薄，仍能承受较大的冲击载荷不致破裂， 故可用于铸造各种耐冲击的耐磨件。经水韧处理后的ZGMn13ffl可获得单一的奥氏体组织，具有高的抗拉强度、塑性和 韧性，以及无磁性7。使钢材在承受较大冲击载荷时，发挥高耐磨性的特点。水韧处理 的加热温度为1050-110OC,高温加热后必须速冷，以免在冷却过程中析出碳化物，否 则将导致钢的韧性和耐磨性降低。此外，ZGMn13

8、冈的导热性很差，加热需缓慢，以免产 生裂纹。4水韧处理温度必须严格控制，若偏低或保温时间不足，将因碳化物未完全溶解而使 钢的韧性较差；过高的水韧处理温度，不但晶粒容易长大而且会产生氧化和脱碳，使钢 的屈服强度降低8。ZGMn13冈在使用中受到剧烈冲击和强大压力变形时， 其表面层将迅速产生加工硬化并有马氏体及相沿滑移面形成从而产生高耐磨的表面层，而内层仍保持优良的韧性, 因此即使零件磨损到很薄，仍能承受较大的冲击载荷而不致破裂顷。2.3试验零件试验零件为轧钢机出钢口构件具体零件有喇叭口、紊流套、一体套等。此类零件多为薄壁件，最大厚度为20mm最小厚度为23mm由丁零件壁厚较薄，因此在通常铸造 条

9、件下，铸件拥有的冷却速度较大，在结晶及冷却过程中析出的碳化物数量较小，大多 为二次碳化物(Fe Mr)3C1101o2.4试验工艺根据零件较小较薄特点及常规的水韧化处理工艺，采用了业温处理工艺，工艺曲线 如图3所示。3.试验结果与试验分析3.1试验结果经9801000C加热，短时保温后在水中急剧冷却的ZGMnl豺件，表面颜色为灰暗 色且光滑平整，无氧化及脱碳现象，经磁性检验，铁磁性完全消失。在光学显微镜下， 金相组织为全部单一的奥氏体11,03.2试验结果分析3.2.1 ZGMn13铸件尺寸与加热温度、保温时间的关系试验中的铸件尺寸一般的比较小，且为不均匀的薄壁件，因此在铸造过程沿奥氏5体晶界

10、析出的碳化物数量比较小，网状结构不连续，碳化物厚度比较薄，在水韧处理加热时，随加热温度的不断升高，碳化物也在不断地逐步溶解，因此在9801000C时，网状碳化物在短时保温作用下，已经全部溶解完毕1121o 加热时的组织状态为全部的奥氏体， 在随后的急剧水冷过程中碳化物来不及析出，碳及铤元素原子完全固溶在奥氏体中。3.2.2关丁碳化物溶解温度的问题根据Fe-C-Mn系相图图4可知，碳化物溶解曲线随钢中含碳量的升高而升高, 条上升曲线13。图4 Fe-C-Mn系（含Mn13M纵剖面图ZGMnl钢具体分为ZGMn13-1 ZGMn13-2 ZGMn13-3 ZGMn13-原日ZGMn13-折个 钢号

11、，依次含碳量不断降低，含碳量在0.751.45%范围内，在通常条件下碳化物可在1000C完全溶入奥氏体而消失114,0结论对丁ZGMn1建冈较小型，尤其是薄壁零件可采用较低的加热温度 ，较短的保温时间, 来有效的消除网状碳化物，经水冷后得到完全的奥氏体组织，从而可利用中温加热设备， 来进行有效的水韧处理。此工艺简单可行并可靠，可大大降低生产成本，具有较大的应 用前景。参考文献1王忠.机械工程材料.北京：清华大学出版社，2009.8.162.2北京农业机械学院.金属材料及热处理.北京：农业出版社，2001.63章守华.合金钢.冶金工业出版社出版.2009.4李炯辉，施友方，高汉文。钢铁材料金相图

12、谱 研.上海：上海科学技术出版社，1981: 685钢铁热处理编写组.钢铁热处理原理及应用.上海:上海科技出版社，2007, 245 246.6米德林主编.金属力学性能.北京：机械工业出版社，20057 Zhou Rusen. Quenching technology improvements and new media development J. Jiangsu Institute ofTechnology Institute, 2003 (5) :25-268王仲钱，孙萍.高猛钢水韧处理效果的控制.热处理2006年01期9郑修麟.材料的力学性能MT.西安：西北工业大学出版社，199110王健安.金属学与热处理(下册)MT .重庆：机械工业出版社，1982.11Levy, S. A . metal progress J , 1968, vol.93 (No6) : 61-64.12胡光立，李崇谟，吴锁春，等.钢的热处理(原理和工艺)MT.北京