时效及变质处理下高锰钢析出相的演变行为和性能

　　高锰钢由于其优越耐磨性和抗冲击载荷能力，因此广泛用作耐磨件，如: 铁轨、研磨内衬、破碎机鄂板、锤头等[1]。但由于其水韧后原始硬度低，在非强冲击载荷下不能得到充分硬化，从而影响了其耐磨性能。改善高锰钢耐磨性能的方法有: 合金化[2-4]，变质处理[5-7]以及沉淀强化[8-11]。研究表明: 变质剂是综合改善高锰钢的有效方法，而高锰钢中的析出相只要弥散均匀析出，高锰钢的原始硬度将大大提高，韧性却下降很少，从而提高了其耐磨性。本文研究了变质剂对高锰钢时效组织和性能的影响，特别是对析出相的形貌、数量和分布的影响，从而制定合理的变质高锰钢时效处理工艺。

　　1实验材料及方法

　　实验用普通高锰钢化学成分(质量分数，%)为:C:0.9～1.5，Mn:11～14，Si:0.3～0.8，P:≤0.07，S:≤0.04。在1600℃左右加入稀土复合变质剂进行熔炼，然后铸锭。锭坯经机加工后用80～120℃/h的速度加热到1050℃迅速水韧，时效温度分别为:460，520和580℃，时效时间为1h和2h。使用MLS-225磨粒磨损机进行磨粒磨损试验，冲击力40N，磨粒为石英砂(20～40目)。金相观察采用ZEISS400MAT光学显微镜; 使用sirion200场发射扫描电镜及附带的能谱仪(EDS)来观察断口和分析成分，加速电压为20kV。

　　2实验结果与讨论

　　2.1变质剂对高锰钢显微组织的影响

　　2.1.1高锰钢铸态组织

　　图1分别为变质前后的高锰钢铸态金相组织。由图1(b)可以看出，经变质处理后，晶粒明显变小，针状碳化物转变为粒状或岛状。由于稀土在高温下可以形成高熔点的O、S复杂化合物，可以作为非自发结晶的异质核心，提高形核率，细化晶粒[5]; 而稀土元素与C有较强的亲合力，能形成高熔点碳化物作为碳化物的成核核心，并在晶界产生内吸附阻碍C在晶界的聚集，这使得针状碳化物消失，或者转化为均匀、弥散分布的粒状或岛状[6]。

　　2.1.2不同时效温度下的高锰钢组织

　　图2是不同时效温度下变质高锰钢的金相组织。由图2可以看出，随着时效温度升高，在520℃时，相比460℃，析出相由沿晶粒状转为细针状，而在580℃时，析出相沿晶界成网状析出，在奥氏体基体上还出现了珠光体，且珠光体和析出相混合成棒状分布。这说明，变质剂处理后，不仅析出相数量发生变化，而且析出相形貌也发生改变。

　　2.1.3时效处理2h的高锰钢组织

　　图3是不同时效温度时效2h的高锰钢金相照片。由图3可以看出，时效2h时，相比图2的时效1h，460℃下，析出相由沿晶粒状转变为针状，且发生了珠光体转变; 520℃下针状析出相变粗变长，并未发生组织转变; 580℃下，珠光体明显增多。值得注意的是: 在460℃下，时效2h后，析出相由时效1h的粒状转变为针状，这说明，析出相与基体成完全共格关系。时效1h时，析出相是亚稳状态，而时效2h后，以针状稳定状态析出。