本文在传统Mn13基础上通过添加Cr、Mo等合金元素，调整C、Mn含量及变质处理，熔炼了合金化高锰钢和新型超高锰钢。采用三种沉淀强化热处理工艺对合金化高锰钢和超高锰钢进行强韧化处理，借助万能电子材料试验机、扫描电镜、透射电镜等研究了不同热处理工艺对试验材料力学性能和组织的影响，并对试验材料的静载荷磨粒磨损和冲击磨料磨损行为、裂纹的萌生与扩展过程及形变压缩加工硬化机理进行了研究。 优化了化学成分，研究了不同沉淀强化热处理工艺对试验材料力学性能的影响，对比了同一热处理工艺条件下不同化学成分对试验材料组织和力学性能。结果表明，化学成分为C1.28%，Mn12.7%，Cr2.5%，Mo0.82%，Re-Ti0.2%合金化高锰钢，经过1080℃水淬后再经250℃回火处理σb达779.2MPa，σs达466.1MPa，αk为232J/cm2；化学成分C0.98%，Mn18.1%，Cr1.53%，Mo0.48%，Re-Ti0.2%超高锰钢经过1100℃水淬后再经250℃回火处理σb达994.5MPa，σs达431.0MPa，αk为260J/cm2。沉淀强化析出的细小、弥散第二相复合碳化物M23C6在钢的强韧化过程中起到了重要作用。强韧化机理主要是晶粒细化和第二相质点的回环强化和切割机制。 通过静载荷磨损和冲击磨料磨损试验研究了合金化高锰钢和超高锰钢的耐磨性。分析了两种磨损条件下的磨损表面形貌和磨损机制。结果表明，在静载荷磨粒磨损条件下，随着磨损行程增加，合金化高锰钢耐磨性是传统Mn13的1.34倍；超高锰钢的耐磨性是其1.72倍以上。冲击磨料磨损条件下，低冲击功时，合金化高锰钢和超高锰钢抗冲击磨损性能是Mn13的1.41倍左右。而高冲击功时，超高锰钢表现出较高的抗磨性，是传统Mn13的1.83倍。磨损亚表层的TEM组织主要由高密度位错、变形带组成且微晶与非晶镶嵌分布。 利用SEM研究了热处理态试验材料在单向拉伸作用下的断裂机理，观察了裂纹的萌生与扩展过程。结果表明，受载后在奥氏体基体内部形成高密度滑移线，裂纹的扩展基本上以晶内扩展为主，碳化物/奥氏体界面扩展次之。合金组织中的弥散碳化物对裂纹的扩展有一定的阻碍作用，当裂纹与碳化物相遇时，裂纹偏转向薄弱区。 采用形变压缩的方法初步研究了合金化高锰钢和超高锰钢的加工硬化机理。结果表明，形变量为20%的传统Mn13的TEM组织为高密度位错和孪晶，而合金化高锰钢和超高锰钢在相同的形变量下，表面硬度达到HB450-500以上，加工硬化是位错强化、孪晶交错及微晶和非晶态镶嵌分布的综合作用的结果。经XRD分析组织中未发现形变诱发马氏体相变。 经过实际生产装机试运行，以合金化高锰钢制作球磨机衬板，使用寿命是传统高锰钢衬板的2倍以上；以超高锰钢制作破碎机轧臼壁、破碎壁，使用寿命是ZGMn13Cr2的1.86倍。