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作为矿山机械中常用的设备,旋回破碎机主要用于矿石破碎,其中定锥衬板是旋回破碎机的主要部件,与动锥衬板一起构成了破碎机的整体工作腔。矿石通过在定锥衬板和动锥衬板之间的挤压和摩擦作用进行破碎。因此,对动、定锥衬板综合服役性能要求极高。鞍钢矿业集团某铁矿旋回破碎机现用衬板材料为高锰钢,但在实际工作时发现高锰钢衬板在低冲击载荷工况下耐磨性差。其主要原因是高锰钢中的奥氏体稳定性较高,在冲击载荷较小时材料表面不能诱发马氏体相变,高锰钢衬板只有在高冲击磨损工况时才能发挥出高耐磨性的特点。因此,针对高锰钢衬板在低冲击工况下耐磨性差的问题,本论文主要开展了以下研究内容:(1)根据奥氏体锰钢的特点,通过适当降低高锰钢中锰和碳的含量,设计出四种不同含碳量的Mn8Cr2Si钢。研究了四种不同含碳量Mn8Cr2Si钢的水韧处理工艺对组织及性能的影响,并研究Mn8Cr2Si钢的显微组织、力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能随含碳量的变化趋势,确定了 Mn8Cr2Si钢最佳的含碳量为0.8%。(2)采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备研究了 Mn8Cr2Si钢力学性能与晶粒大小的关系。研究发现,随含碳量的增加,奥氏体晶粒逐渐细化,但当含碳量超过0.8%时,晶粒开始粗化。由于奥氏体晶粒细化,其晶界总面积增大,应力集中降低,抑制了裂纹的形成与扩展。因此,奥氏体晶粒越细小,其力学性能越好,而力学性能的提升有助于提高材料的耐磨性能。(3)利用MLD-10B型动载磨粒磨损试验机,对Mn8Cr2Si钢和Mnl3高锰钢两种材料,分别进行不同冲击功条件下的磨粒磨损试验,发现在低于2J的冲击功条件下,Mn8Cr2Si钢的耐磨性能要优于Mn13高锰钢。Mn8Cr2Si钢在含碳量为0.8%时,耐磨性能优于其它含碳量的Mn8Cr2Si钢。且Mn8Cr2Si钢在冲击磨料磨损过程中,材料表面能诱发马氏体相变,冲击功越大马氏体相变量越多,材料加工硬化效果越好。(4)利用SEM对材料磨损表面及亚表层进行分析,探讨其磨损机制。研究发现,Mn8Cr2Si钢冲击磨料磨损是多种磨损机制的共同作用,包括塑性变形、疲劳磨损和凿削磨损,各种磨损机制相互影响。磨粒磨损过程中材料的塑性变形使磨粒嵌入基体,成为应力集中源,在循环冲击过程中,将产生疲劳裂纹,长时间冲击磨损使裂纹扩展至材料表面,最终形成大块剥落导致材料严重磨损失效。(5)为消除Mn8Cr2Si钢淬火过程中的淬火应力,采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备研究了回火温度对Mn8Cr2Si钢显微组织及性能的影响,确定了最佳的回火处理工艺为250℃保温5h后出炉空冷至室温。Mn8Cr2Si钢低温回火时(250℃),由于内应力消除使其力学性能较水韧态进一步提高。各项研究表明,Mn8Cr2Si钢材料在低冲击工况下具有优良的耐磨损性能,并且具备良好的耐腐蚀性能,可满足旋回破碎机衬板非强烈冲击工况下的使用要求。