高锰钢兼具良好的韧性和耐磨性,是制作球磨机衬板的常用材料之一。球磨机大型化的发展趋势,对于衬板材料的力学性能及使用寿命提出了越来越高的要求,开发力学性能优异的长寿命高锰钢衬板具有重要的工程应用价值。本文设计了三种不同成分的高锰钢,分别对其进行了三种不同的热处理,对比研究了不同成分的高锰钢经三种热处理后的显微组织、硬度及冲击韧性。优化出了最佳成分及最佳热处理工艺,并测试了优化试样的磨粒磨损性能,分析了其磨损机理。论文主要研究工作如下所述:本文对三种成分不同的高锰钢试样进行1100℃保温4h的水韧处理,随后对水韧处理后的试样进行XRD分析,分析结果表明三种高锰钢试样的基体均为奥氏体,同时均含有少量M23C6相,说明碳化物均未完全固溶进奥氏体基体中。对试样进行硬度和冲击韧性测试,测试结果表明1#和3#高锰钢的硬度相近,2#高锰钢的硬度和冲击韧性最低,原因是由于铁素体的生成,导致了 2#高锰钢力学性能的下降。对上述三种水韧处理的高锰钢试样分别进行三种时效处理,分析测试了试样经时效处理后的显微组织及性能。结果表明:三种高锰钢试样中析出碳化物数量均随时效温度的增加而增加。对于1#和2#试样,时效温度的增加会导致晶界处析出的碳化物大量增加,显著降低了其冲击韧性。对于3#试样,时效温度的增加,在晶界处析出碳化物的增加并不明显,经方案三处理后的3#试样的力学性能最优。以ZGMn13作为对比样,测试了经方案三处理后的3#试样在四种不同磨粒磨损试验条件(不同冲击功)下的磨粒磨损性能。结果表明,3#试样在四种不同试验条件下的耐磨性均优于ZGMn13对比样。3#试样及ZGMn13的耐磨性均和冲击功密切相关,在高冲击功(5J)作用下,两种材料均具有最好的耐磨性能;在低冲击功(2J)作用下,两种材料的耐磨性均略有下降;在中冲击功(3J、4J)作用下耐磨性均下降明显。利用SEM对磨损后的试样表面进行观察,高锰钢试样在冲击磨粒磨损的条件下的磨损机理主要为显微切削、凿坑变形和疲劳剥落磨损,冲击功的变化会导致磨损机理的变化。在低冲击功(2J)条件下,磨损表面主要分布着较多的犁沟形貌,磨损机理主要为显微切削;在中冲击功(3J、4J)条件下,磨损表面主要分布着凿坑和犁沟,磨损机理主要为凿坑变形和显微切削;在高冲击功(5J)条件下,磨损表面存在明显的疲劳剥落特征,此时的磨损机理主要以疲劳剥落磨损为主。