【摘 要】
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高锰钢作为最早使用的耐磨材料,因其具有优异的加工硬化能力,被广泛应用于抗冲击载荷的耐磨件。但在生产实践中发现,高锰钢只有在高冲击、高应力、磨料硬的情况下才耐磨。对于一些在低应力、低冲击下工作的铸件难以充分发挥其优异的加工硬化能力,导致铸件的耐磨性能较差,影响铸件的使用寿命。近年来,含铝高锰钢由于具有优异的综合性能,已引起了国内外学者的高度关注。一方面是由于Al的加入不仅可以提高铸件的强塑性,同时还
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高锰钢作为最早使用的耐磨材料,因其具有优异的加工硬化能力,被广泛应用于抗冲击载荷的耐磨件。但在生产实践中发现,高锰钢只有在高冲击、高应力、磨料硬的情况下才耐磨。对于一些在低应力、低冲击下工作的铸件难以充分发挥其优异的加工硬化能力,导致铸件的耐磨性能较差,影响铸件的使用寿命。近年来,含铝高锰钢由于具有优异的综合性能,已引起了国内外学者的高度关注。一方面是由于Al的加入不仅可以提高铸件的强塑性,同时还可以提高铸件的耐磨性能;另一方面Al作为一种轻质元素还可以大大降低铸件的密度,达到节能、环保的目的。因此,为了满足不同工况环境下的使用要求,以轻量化、低成本、高耐磨性、高韧性和耐蚀性为目标,在传统高锰钢的基础上研发第二代高锰钢—Fe-Mn-Al-C系新型轻质耐磨高锰钢,成为一个热门的研究方向。本文对Fe-Mn-Al-C系轻质高锰钢的成分进行了设计,利用OM和SEM对不同水韧温度下的微观组织进行观察分析,同时对轻质高锰钢的密度、硬度和冲击韧性进行研究。通过对比分析试验钢在不同冲击磨损条件下的耐磨性能,探讨其磨损机理。主要结果表明:（1）ZGMn13Cr2钢和Fe-13Mn-xAl-C（x=3、5、9）系轻质高锰钢铸态时为单一奥氏体组织与少量的碳化物。当水韧温度达到1050℃时,基体中的碳化物基本完全溶解。Fe-13Mn-9Al-C系轻质高锰钢水韧处理后的组织为奥氏体+铁素体双相组织,随着水韧温度的提高铁素体组织的数量逐渐减少,尺寸逐渐变大。（2）综合热处理后的微观组织及力学性能,Fe-13Mn-xAl-C（x=3、5）系轻质高锰钢最佳热处理工艺为:开始阶段在500℃保温1h,随后升温在1050℃保温1h,淬火。1050℃水韧处理后Fe-13Mn-xAl-C（x=3、5）系轻质高锰钢的硬度分别为203HB、192HB,冲击韧性值分别为128J·cm-2、110.3 J·cm-2。（3）ZGMn13Cr2钢和Fe-13Mn-xAl-C（x=3、5）系轻质高锰钢,在0.5J冲击功下,磨损机制主要以微观切削为主;在1J冲击功下,磨损机制均为微观切削和塑性变形的混合磨损机制;在2J冲击功下,磨损机制均为塑性变形和疲劳剥落的混合磨损机制;在4J冲击功下,磨损机制主要以疲劳剥落为主。（4）在较低应力（0.5J、1J）下,耐磨性关系为:Fe-13Mn-3Al-C>Fe-13Mn-5Al-C>ZGMn13Cr2。在0.5J时,轻质高锰钢的耐磨性最好,相较于ZGMn13Cr2,Fe-13Mn-3Al-C的耐磨性提高4.39倍,Fe-13Mn-5Al-C的耐磨性提高3.83倍。
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