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高錳鋼的基礎知識
2024-04-17
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錳鋼主要用于需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件，破壞形式以磨損消耗為主，部分斷裂、變形。磨損分為三種：金屬構件表面間相互接觸并運動(dòng)的摩擦磨損；其它金屬或非金屬物料打擊金屬表面的磨料磨損和流動(dòng)氣體或液體與金屬接觸導致的沖蝕磨損。耐磨鋼的耐磨性能取決于材料本身，而抗磨鋼則在不同的工況條件下表現出不同的耐磨性，材料本身和工況條件兩者才能決定其耐磨性能。
鑄造耐磨鋼和抗磨鋼以?shī)W氏體錳鋼為主，在一定的條件下經(jīng)適當熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用于潤滑摩擦的工況條件。
耐磨高錳鋼特別適用于沖擊磨料磨損和高應力碾碎磨料磨損工況，常用于制造球磨機襯板，錘式破碎機錘頭，顎式破碎機顎板，圓錐破碎機軋臼壁、破碎壁，挖掘機斗齒、斗壁，鐵道道岔，拖拉機和坦克的履帶板等抗沖擊、抗磨損的鑄件。高錳鋼還用于：防彈鋼板，保險箱鋼板等。
高錳鋼是典型的抗磨鋼,鑄態(tài)組織為奧氏體加碳化物。經(jīng)1000°C左右水淬處理后組織轉變?yōu)閱我坏膴W氏體或奧氏體加少量碳化物，韌性反而提高，因此稱(chēng)水韌處理。
高錳鋼的特點(diǎn)是在強烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發(fā)生加工硬化現象，使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時(shí)硬化層具有良好的耐磨性能。這是其它材料所不及的。但高錳鋼的耐磨性只是在具備足以形成加工硬化的條件下才表現出其優(yōu)越性，其他情況下則很差。
標準型的Mn13高錳鋼又稱(chēng)Hadfield鋼，是由英國人Hadfield于1882年發(fā)明的。其相關(guān)的國家標準和國際標準如下。我國高錳鋼鑄件的國家標準(GB/T5680-1998)牌號有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5；美國ASTM奧氏體錳鋼鑄件標準(ASTMA128/A128M-1993)鋼號有：ASTM-A(UNS-J9110 9)、ASTM-B-1(UNS-J91119)、ASTM-B-2(UNS-J91129)、ASTM-B-3(UNS-J9113 9)、ASTM-B-4(UNS-J91149)、ASTM-C(UNS-J91309)、ASTM-D(UNS-J91459)、ASTM-E-1(UNS-J91249)、ASTM-E-2(UNS-J91339)、ASTM-F(說(shuō)明：如果用戶(hù)無(wú)其它要求,一般供給鋼號A鑄件)；日本高錳鋼鑄件國家標準[JISG5131(1991)]牌號有：SCMnH1、SCMnH2、SCMnH3、SCMnH11、SCMnH21；俄羅斯鑄造高錳鋼標準ΓOCT977-1988鋼號有：110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、130Γ14XMΦAπ、120Γ10Φπ;ISO奧氏體錳鋼鑄件國際標準[ISO13521:1999(E)]牌號有：GX120MnMo7-1、GX110MnMo13-1、GX100Mn13、GX120Mn13、GX120MnCr13-2、GX120MnNi13-3、GX120Mn17、GX90MnMo14、GX120MnCr17-2。
而典型的Mn17耐磨高錳鋼是在Mn13鋼的基礎上增加錳量，提高了奧氏體的穩定性，阻止碳化物的析出，進(jìn)而可提高鋼的強度和塑性，提高鋼的加工硬化能力和耐磨性。比如用于北方的ZGMn18鐵道叉壽命較ZGMn13提高20%~25%。
高錳鋼由于加工硬化現象，應盡量避免對鑄件進(jìn)行加工。鑄件上的孔、槽盡可能鑄出。但對高錳鋼的加工也并非完全不可能。刀具修整一次進(jìn)刀加工完的可以進(jìn)行，不可避免的加工應在鑄件工藝設計時(shí)放大加工量，以使加工的進(jìn)刀量避開(kāi)加工硬化層。
高錳鋼重新加熱時(shí)，在250~800°C間存在碳化物析出的脆性溫度區間,且鑄態(tài)高錳鋼又存在網(wǎng)狀碳化物以及鑄造應力，因此，焊接性能很差。
高錳鋼鑄件，應在水韌處理后割冒口或缺陷焊補，焊后應快速冷卻。為消除或盡可能減小熱影響區，應用小電流，不連續施焊，或邊焊邊澆水冷卻。焊條采用高錳鋼焊條或奧氏體不銹鋼焊條。若存在加工硬化層，應在焊前去除。
高錳鋼的鑄造破碎機又名粉碎機，是一種破碎機械，多用于冶金礦產(chǎn)的破碎粉磨?？膳c洗選設備、采掘設備組成礦山機械成套生產(chǎn)線(xiàn)，進(jìn)行礦石的一體化加工生產(chǎn)。破碎機有：顎式破碎機、鄂式破碎機、錘式破碎機、圓錐破碎機、雙輥破碎機、對輥破碎機、反擊式破碎機、塑料破碎機之分。高錳鋼作為典型的抗磨鋼，是破碎機中粉碎配件很好的材料。
高錳鋼鑄件多采用砂型造型工藝方案，砂型鑄造由于技術(shù)成熟，生產(chǎn)效率高而廣為推廣。也有采用特種鑄造的。特種鑄造是指在鑄型材料、制型方法、金屬液充型形式和金屬在型中凝固條件等方面與砂型鑄造有顯著(zhù)差別的鑄造方法。特種鑄造包括：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、反壓鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、石膏型鑄造、陶瓷精密型鑄造、連續鑄造、真空吸鑄、細晶鑄造、電磁鑄造等。
鑄造耐磨鋼和抗磨鋼以?shī)W氏體錳鋼為主，在一定的條件下經(jīng)適當熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用于潤滑摩擦的工況條件。
耐磨高錳鋼特別適用于沖擊磨料磨損和高應力碾碎磨料磨損工況，常用于制造球磨機襯板，錘式破碎機錘頭，顎式破碎機顎板，圓錐破碎機軋臼壁、破碎壁，挖掘機斗齒、斗壁，鐵道道岔，拖拉機和坦克的履帶板等抗沖擊、抗磨損的鑄件。高錳鋼還用于：防彈鋼板，保險箱鋼板等。
高錳鋼是典型的抗磨鋼,鑄態(tài)組織為奧氏體加碳化物。經(jīng)1000°C左右水淬處理后組織轉變?yōu)閱我坏膴W氏體或奧氏體加少量碳化物，韌性反而提高，因此稱(chēng)水韌處理。
高錳鋼的特點(diǎn)是在強烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發(fā)生加工硬化現象，使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時(shí)硬化層具有良好的耐磨性能。這是其它材料所不及的。但高錳鋼的耐磨性只是在具備足以形成加工硬化的條件下才表現出其優(yōu)越性，其他情況下則很差。
標準型的Mn13高錳鋼又稱(chēng)Hadfield鋼，是由英國人Hadfield于1882年發(fā)明的。其相關(guān)的國家標準和國際標準如下。我國高錳鋼鑄件的國家標準(GB/T5680-1998)牌號有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5；美國ASTM奧氏體錳鋼鑄件標準(ASTMA128/A128M-1993)鋼號有：ASTM-A(UNS-J9110 9)、ASTM-B-1(UNS-J91119)、ASTM-B-2(UNS-J91129)、ASTM-B-3(UNS-J9113 9)、ASTM-B-4(UNS-J91149)、ASTM-C(UNS-J91309)、ASTM-D(UNS-J91459)、ASTM-E-1(UNS-J91249)、ASTM-E-2(UNS-J91339)、ASTM-F(說(shuō)明：如果用戶(hù)無(wú)其它要求,一般供給鋼號A鑄件)；日本高錳鋼鑄件國家標準[JISG5131(1991)]牌號有：SCMnH1、SCMnH2、SCMnH3、SCMnH11、SCMnH21；俄羅斯鑄造高錳鋼標準ΓOCT977-1988鋼號有：110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、130Γ14XMΦAπ、120Γ10Φπ;ISO奧氏體錳鋼鑄件國際標準[ISO13521:1999(E)]牌號有：GX120MnMo7-1、GX110MnMo13-1、GX100Mn13、GX120Mn13、GX120MnCr13-2、GX120MnNi13-3、GX120Mn17、GX90MnMo14、GX120MnCr17-2。
而典型的Mn17耐磨高錳鋼是在Mn13鋼的基礎上增加錳量，提高了奧氏體的穩定性，阻止碳化物的析出，進(jìn)而可提高鋼的強度和塑性，提高鋼的加工硬化能力和耐磨性。比如用于北方的ZGMn18鐵道叉壽命較ZGMn13提高20%~25%。
高錳鋼由于加工硬化現象，應盡量避免對鑄件進(jìn)行加工。鑄件上的孔、槽盡可能鑄出。但對高錳鋼的加工也并非完全不可能。刀具修整一次進(jìn)刀加工完的可以進(jìn)行，不可避免的加工應在鑄件工藝設計時(shí)放大加工量，以使加工的進(jìn)刀量避開(kāi)加工硬化層。
高錳鋼重新加熱時(shí)，在250~800°C間存在碳化物析出的脆性溫度區間,且鑄態(tài)高錳鋼又存在網(wǎng)狀碳化物以及鑄造應力，因此，焊接性能很差。
高錳鋼鑄件，應在水韌處理后割冒口或缺陷焊補，焊后應快速冷卻。為消除或盡可能減小熱影響區，應用小電流，不連續施焊，或邊焊邊澆水冷卻。焊條采用高錳鋼焊條或奧氏體不銹鋼焊條。若存在加工硬化層，應在焊前去除。
高錳鋼的鑄造破碎機又名粉碎機，是一種破碎機械，多用于冶金礦產(chǎn)的破碎粉磨?？膳c洗選設備、采掘設備組成礦山機械成套生產(chǎn)線(xiàn)，進(jìn)行礦石的一體化加工生產(chǎn)。破碎機有：顎式破碎機、鄂式破碎機、錘式破碎機、圓錐破碎機、雙輥破碎機、對輥破碎機、反擊式破碎機、塑料破碎機之分。高錳鋼作為典型的抗磨鋼，是破碎機中粉碎配件很好的材料。
高錳鋼鑄件多采用砂型造型工藝方案，砂型鑄造由于技術(shù)成熟，生產(chǎn)效率高而廣為推廣。也有采用特種鑄造的。特種鑄造是指在鑄型材料、制型方法、金屬液充型形式和金屬在型中凝固條件等方面與砂型鑄造有顯著(zhù)差別的鑄造方法。特種鑄造包括：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、反壓鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、石膏型鑄造、陶瓷精密型鑄造、連續鑄造、真空吸鑄、細晶鑄造、電磁鑄造等。
