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模拟实际工况条件下高锰钢加工硬化规律及机制的研究

李小蕴  
【摘要】:大量国内外文献表明,在高锰钢加工硬化规律及机理研究中,一般采用小 能量多次冲击和静载荷拉伸压缩的方法来获得加工硬化。但是小能量多次冲击 和静载荷拉伸压缩的方法毕竟与实际的工况条件不同,未必能反映在实际工况 条件下高锰钢的加工硬化规律及机制。针对这一现状,本文主要研究了在模拟 实际工况条件下,冲击功、碳锰的含量、变质处理及热处理工艺对加工硬化规 律及机制的影响。 本文根据对球磨机及锤式破碎机两类最典型应用高锰钢的不同机型实际工 况的分析,选择50、 80、 100和200J/cm2四种不同的‘相对冲击功’,采用自行 设计、制造的冲击落锤试验装置,探索了在模拟实际工况的条件下各因素对加 工硬化的影响规律。结果表明,高锰钢的加工硬化能力和所加冲击功关系密切, 对于给定成分的高锰钢,存在一定的临界‘相对冲击功’,只有相对冲击功高于 临界值时才能达到最佳的加工硬化效果;锰量的降低、碳量的升高有利于加工 硬化能力的提高;稀土变质处理可以提高加工硬化速率,但不能改变最终的硬 化效果;合适的沉淀强化处理可以在一定范围内提高高锰钢的加工硬化能力。 采用光学金相和透射电镜分析、研究高锰钢加工硬化后的组织变化规律。 结果表明,在不同硬化条件下高锰钢中的硬化组织不同,其加工硬化的机制也 不相同。对于本文涉及的高锰钢试件,在‘相对冲击功’为50J/cm2的情况下, 高锰钢的组织主要由大量的位错和层错及少量的孪晶组成,加工硬化机制主要 为位错滑移机制;在冲击功高于100J/cm2的情况下,其组织主要由位错和孪晶 组成,加工硬化以孪生硬化机制为主。 由于普通高锰钢在中、低应力下往往难以达到最佳加工硬化效果,常常需 采取合金化或改性处理。因此本文探讨了SG变质剂对于含有较多碳化物形成 元素的高锰钢铸态及热处理状态下的组织影响规律。研究结果表明,SG变质 处理有效抑制柱状枝晶的生长,降低铸态组织中珠光体数量,细化了组织,并 在一定程度上缩短高锰钢水韧处理的保温时间或降低水韧处理的温度。


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