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稀土變質處理改善高錳鋼性能         安徽機電學院(241000) 王仲玨

發表時間:2020-05-25 00:00

【摘要】在受強烈沖擊的鑿削磨損工況下,使用高錳鋼材料已一百多年,雖然具有許多優越性,

但也存在材料使用前易產生熱裂,使用過程中會出現脆斷、崩裂及使用壽命短等缺點。實踐證

明,用適量的稀土對高錳鋼進行變質處理,可以明顯減少熱裂傾向,全面改善材料綜合性能,提

高零件使用壽命。結合材料變質前后的性能變化,對其作用機理進行了初步探討。

在受沖擊、擠壓應力工況條件下,材料使用前形成的熱裂、氣孔、不致密組織,使用過程中出現的脆

表格.jpg斷、崩裂,生產過程中的鑄件熱變形未能得到正確的

矯正,嚴重影響了高錳鋼零件的使用壽命。其產生的

原因又直接與材料鑄態組織形態、分布狀況有關;直

接與冶金、鑄造、熱處理工藝有關。

綜合性能的對比性試驗

  表1列舉的是兩組加稀土高錳鋼與普通高錳

鋼的化學成份及氣體含量對比結果。從表中數據可以看出,加稀土后,高錳鋼的S,O,N含量均有明顯降低。表2為鑄態加稀土高錳鋼與普通高錳鋼的機械性能對比,可見稀土變質后其強度、延伸率均有明顯增加,尤其沖擊韌性得到顯著提高。表3為熱處理后的加稀土高錳鋼與普通高錳鋼的機械性能對比。顯見,通過熱處理,稀土高錳鋼的變質效應繼續使其機械性能呈提高趨勢。表4為顎式破碎機齒板鑄件質量檢查結果的對

比舉例。從表中數據可見,加稀土的鑄件氣孔、裂紋廢品率大幅度下降,呈基本克服趨勢。為直觀地了解稀土變質效果,進行了對變質前后同生產條件、同工

表格2.jpg況條件下顎式破碎機齒板零件(450mm× 300mm×

30mm)綜合性能的對比性試驗。

表5為稀土高錳鋼與普通高錳鋼齒板在使用實

地進行裝機試驗的情況,其結果表明在零件正常失

效情況下,稀土高錳鋼齒板仍比未加稀土高錳鋼齒

板的使用壽命還長1倍以上。

表格3.jpg

           機理分析 

  用適量稀土進行變質處理時,稀土作為表面活性元素可以使表面張力降低,它本身的結合能以及它和其他元素的結合能都小,因此,降低了形成臨界尺寸的晶核所需要的功,使結晶核心增加,從而使鑄態組織細化;由于稀土合金中的大量表面活性元素會富集在新生碳化物的表面,使碳化物的擇優長大速度受到阻礙,碳化物難于連接成封閉圈而變成斷網狀。

由于稀土變質劑作為表面活性元素吸附在夾雜物表面,在一定的熱力學、動力學條件下大部分以原

夾雜物為基聚集上浮,逐形成對鋼水凈化十分有益的脫氧、脫硫、去氣效應,一部分形成高熔點的稀土復合硫化物、氧化物及硫氧化物在鋼液中存在。由于稀土的吸附作用及稀土夾雜物的非均質晶核作用,阻止了夾雜物的進一步長大,使夾雜物變得細小圓整、彌散分布,削弱了夾雜物對鋼的有害作用,提高了其力學性能,特別是沖擊韌性。

               結 語

  稀土變質處理明顯改變了脆相碳化物的網狀分布形態,控制了其析出總量;明顯改變了非金屬夾雜物的分布形態,減少了夾雜含量,其脫氧、脫硫及除氣作用,凈化了鋼水,增加了流動性。

同時稀土作為合金元素也強化了奧氏體基體,增強了磨損抗力,提高了加工硬化速率,減薄了加工

硬化的亞表層厚度,并為后續的熱處理過程提供了一個有利于碳化物溶解、團聚、?;熬鶆蚍植?防止顯微裂紋延拓的動態熱力學條件,從而使零件有效地提高了使用壽命。

參考文獻

1.許忠勝,王仲玨.在受沖擊擠壓應力作用下提高高錳鋼零

件的使用壽命.華東冶金學院學報,1998(1): 1~ 5

責任編輯 呂德隆  






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