第28卷增刊2007年8月
材料热处理学报
TRANSACTIONS
OF
Voi.28
August
Supplement
2007
MArERIALS
AND腿^TTRE^:n江ENT
高锰钢低温时效处理时的组织结构
丁志敏,王树娟,杨芳,阎
颖
(大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028)
摘要:采用金棚和X射线衍射分析方法研究了不同低温温度及其保温时阅对经水韧处理的高锰钢组织结构的影响规律。结果表臻:在保溢时阕为lh时,离锰锈基俸在500。C时开始有针状穰饯物的析出:褥在6∞℃时除了有针状碳纯耪的耩出之井,还有
珠光体组织的出现。在低温时效处理温度为600℃时,随着保温时间的延长,高锰钢基体中奥氏体的量减少,而珠光体的髓增
加。在5∞℃时效处理时,沿照界形孩并内晶蠹生长的针状碳化物与母相奥氏体之间的佼向关系和在晶内析出的针状碳化物的不同;以及在鑫海析出的针状璇纯物可戳交叉生长。这种针获碳化物交叉生长的形态在镶的组织转交孛还尚未篼有文献报道.
关键谰:高锰钢;时效处理;组织结构
孛文豳分类号:韵圆142。l;粥156。92Microstruetureof
highmanganesesteelduringlow-temperatureagingtreatment
D1NG
(CollegeofMaterials
Abstract:The
ZK-min,删GShu-juan,础GFang,蹦Y'mg
on
to
ScienceandEngineering,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China)
effectoftemperatureandholdingtimemicrostructuresofhighmanganesesteelduringthelow-temperatureaging
treatmentafterwaterquenchingW88studiedbymeml8ofmetallographicanalysisandXRD。Theresultsshowedthatafterbeingtreated
at
500℃andtheholdmgtimeof1hour,needlecarbidestart(xlprocipitatein
theaustcnitematrixofthehighmanganesesteel.And蚍
600"C,inadditiontoneedlecarbide,therewaspearlite.Duringlow-temperatureagingof600’C,withtheextensionofholdingtime,the
austenite
On
the
matrixofthehighmanganesesteelWasreducedandthepearlite强穗sincreased.Compared铖氇thatof
the
intracrystalline
needle-likecarbides,theorientationrelationshipbetweenthecrystalboundaryneedle-likecarbidesandthematrixW&S
500"C.Inaddition,theintracrystallineneedle-likecarbidesc蛆precipitateatthewayof
CTOSS
different
duringagingal
growth,which
Wasnotreportedinthestructuretransformationofsteels。Keywords:highmanganesesteel;agmg
trea(ment;micro蜘
英耐磨性畿。先了提高耐瘗性能,长麓以来许多磅究工作者在合金化【l ̄4】、变质处理【l’2,绷、表面形变强化【1'2.7善1以及沉淀强化‘1’2’9~111等方丽做了大量的工作,并已成功地提高了嘉锰钢的耐磨性能。其中
高锰钢的沉淀强化法是一种工艺简单、成本低廉的有效的强化方法。.
纛锰钢作为耐塞材料,在抵摭强冲击、离应力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面,其耐磨性是其他材料所无法比拟的。因而在其发明一百多年之后铅被广泛缝应臻予冶金、矿由、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中。并已成为磁悬浮列车、凿岩机械人、新型坦克等现代先进装备中首选的耐磨材料
11,2]。
高锰钢沉淀强纯法是搜爽氏体枣出现弥散分布
倪由于原始硬度低,在非强冲击载荷作用下,
的第二相质点,使材料具有良好的抗磨料磨损舷力。
奥氏体得不到充分的硬化,高锰钢的表面很容易在瘩辩酶冲击和切割作用下发生剪切破坏,瑟影嚷7
作者简介t丁志敏1粥妁。男,大连览醺大学,教授,生要研究方f句为材料表
通常可以采用水韧处理获得单一奥氏体后进行时效处理使奥氏体中的禳脱溶焉析出碳纯物。根据鬻规耐磨材料对组织的要求,高锰钢中碳化物只要弥散分布,则对其韧性影响不大,不失为一种良好的软基硬质缮构,可戮较大幄度地提嘉聿孝料熬穗磨链能112,13l。因此,有必要研究高锰钢时效处理后,特别
箍£嫂嗡愈离奉|辩强劫滋的理递积工愁的研究,两项成聚获省郝级科技进步奖,
获三项鞠寰发瞬专翻,发表学术论文∞余篇。
联系电话:0411.84094517,电子邮箱:d2叫嘲驰h飙。o札∞
30
材料热处理学报
第28卷
是低温时效处理后碳化物的数量、形态和分布的变化规律,对合理制定高锰钢的时效处理工艺具有较为重要的价值。
效温度的增加呈现先增加而后降低的趋势,在400℃时达最大。这种变化趋势与奥氏体中的碳是否发生偏聚或是以碳化物的形式析出有关。在时效温度低
于400℃时,奥氏体中仅仅发生碳的偏聚,因而d值
1实验材料及方法
试验用高锰钢的化学成分如表l所示。
表1试验用高锰钢的的化学成分
Tablel
The
增加。在时效温度高于400℃时,碳化物将析出,因而奥氏体中的碳含量降低,d值随之减少。并且随着
时效温度的升高,碳化物的析出量增加,d值降低。
compositionofthehighmanganesesteel
.^罡
、-√L√L.^.√
如k.。Lh。炙乙:
~趴...笑
.
,一
:..^
\|
.
高锰钢试样以80~120℃/h的速度加热到1050℃保温后迅速水淬,然后进行不同工艺的时效处理。低温时效温度分别选为400℃、500℃和600℃,保温1h;在600℃时效处理温度下,时效时间分别选为l、2、4、8和16h。金相观察采用OlympusBX51M光学显微镜,金相试样经磨制和抛光后,再经4%硝
jO
40
甄蓦
50
60
70
入
\
妒
80
蔗百
90
i00
20(,.)
图1不同温度时效后的X射线衍射图
Fig1
酸酒精及4%盐酸酒精溶液侵蚀。用X.RD.6000型X
射线衍射仪进行了高锰钢时效处理后物相变化的分析。靶材为Cu靶;扫描范围300,-,-1000;加速电压40KV;电流30mA;步长0.10连续扫描。
XRDpattcmofsamplestreatedatdifferentaging
temperature
表2不同温度时效处理后的奥氏体晶面间距
Table2
TheInterplanardistancesoftheausteniteafteraging
treatmentatdifferenttemperature
2实验结果、分析与讨论
2.1时效温度对高锰钢组织结构的影响
图l为高锰钢试样经水韧处理及不同温度时效处理后的X射线衍射图。由图l可以看出,在保温
时间为lh的条件下,高锰钢经400"(2的时效处理后的相结构与高锰钢原始试样的相同,为单相奥氏体组织,没有碳化物的析出。但相比之下,400"C的谱线较宽。谱线变宽的原因有可能是在400。C时效处理
时,虽然没有碳化物的析出,但存在有碳原子的偏聚而引起的。而当时效温度为500。C和600。C时,在x射线衍射图上分别出现了渗碳体和渗碳体加铁素
体的衍射峰,说明高锰钢经500℃时效处理后在奥氏体的基体上析出了渗碳体;而经600℃时效处理后除了在奥氏体的基体上析出了渗碳体之外,还发生了奥
图2为高锰钢试样经不同温度时效处理后的金
相组织。由图2可以看出,高锰钢的原始组织和经400℃时效处理后的组织为奥氏体(图2a和2b);在
500℃时,在奥氏体的晶界上和晶粒内有少量针状碳化物的析出(图2c);而在600℃时,除了在奥氏体
的基体上有碳化物的析出之外,还有珠光体的存在。
氏体向珠光体的共析转变。这一点与文献11】报道的一
致。
,,
碳化物和珠光体混合在一起呈棒状分布,而且其排
列具有~定的方向性(图2d)。碳化物在500℃时呈针状析出以及碳化物和珠光体在600℃时的排列具
表2给出了高锰钢经不同温度时效处理后的奥
氏体晶面间距(d)。从表2中可以看出,d值随着时
增刊丁志敏等:高锰钢低温时效处理时的组织结构
3l
(d)600℃时组织
图2不同时效温度处理后高锰钢的金相组织
Fig
2.11蝣microsu'uc嘶e
ofthehigh
manganesesteelat
differentaongtemperature
有一定的方向性,说明碳化物在析出时与母相具有
一定的位相关系。文献【l5】认为,当渗碳体从奥氏体
直接析出,渗碳体与奥氏体间具有Pitch关系,既:
(001)vc3c//(-225h;【010]re3J/[1lOb;【110]Fe3c//[5—5%
惯习面为(304)F。3J/{:2-27)v。
但对500℃时效处理后的金相组织仔细观察后发现,从晶界上析出并向晶内呈针状生长的渗碳体(图2c中A处)与在同一晶粒内析出并在晶粒呈针状生长的渗碳体,在析出方向上它们之间存在有一些
差别。说明在高锰钢中析出的渗碳体与奥氏体间的
位向关系除了Pitch关系之外,还存在有其它的位向关系。对于是怎样的位向关系,还须进行实验来确
定。
从图2c中还可以看到一个有趣的现象:针状渗碳体可以交叉生长(图2c中B和C处)。这种交叉生长的渗碳体是由于后生长的渗碳体在遇到先析出的
渗碳体时由于产生较大的应变能而在先析出渗碳体的另一侧诱发出一个新的针状渗碳体呢?还是由于
后生长的渗碳体寅接穿过先析出渗碳体而继续生长
的呢?这些都需要进一步的实验来确定。2.2时效保温时间对高锰钢组织结构的影响
图3为高锰钢试样在600℃温度下不同保温时间
时效处理后的X射线衍射图。由图3可以看出,在
时效处理温度为600℃时,不论保温时间的长短,所有试样的X射线衍射图上均由y,Fe3C和a相的衍射
峰组成。并且随着保温时间的延长,Fe3C和a相的
衍射峰增高。表明高锰钢经600℃时效处理后,在奥
氏体的基体上有渗碳体以及珠光体的存在。而且随着保温时间的延长,奥氏体的量减少,珠光体的量
增加。
一●
●●▲
■
●
-.._J、.^..“
■
I
I
1
:
J
..__^JL-√’-一
.氘!
l
L
是
.
....-JL..。—_
.h
.;
1
支
.1
.
.
_——J叫。L.一.—一^
如
一一.|L!一.
图3不同时间时效后x射线衍射图
Fig3
XRDpatternofsamplesUvzlcclatdifferent艇:ing
time
32
材料热处理学报
第28卷
(c)600℃时效8h碳化物形态
(d)600"C时效16h碳化物形态
图4不同时效时间下高锰钢的金相组织
Fig4
Themicrostructureofthehigh
manganesesteeltreatedatdifferentagingtime
图4的高锰钢试样在600"C时效不同时间的金相组织也很好说明了这一点。从图4的金相组织中还可以看到,在奥氏体晶界上析出渗碳体的量也是随着保温时间的延长而增加的。在8h和16h时,晶界上的渗碳体呈网状分布。
2)在低温时效处理温度为600℃时,随着保温
时间的延长,水韧处理后的高锰钢基体中奥氏体的
量减少,而珠光体的量增加。
3)在500℃时效处理时,沿晶界析出的针状碳
化物与母相奥氏体之间的位向关系和在晶内析出的针状碳化物的不同;此外在晶内析出的针状碳化物可
以交叉生长。
3结论
1)在保温时间为lh时,随着低温时效处理温度
的增加,水韧处理后的高锰钢基体在500"C时开始有针状碳化物的析出:在600"C时除了有针状碳化物的析出之外,还有珠光体组织的出现。
参考文献
【l】张增志.耐磨高锰钢【l咽.北京:冶金工艺出版社,2002.
ZhangZeng-zhi.HighManganeseSteel[M].BEIJING:Metallurgy
process
Publication,2002.
【2】李小蕴.模拟实际工况条件下高锰钢加工硬化规律及机制的研究【D】.合肥:合肥工业大学,2005.
LiXiao-yun.Research∞WorkHardeningAbilityandMechanismofHighManganeseSteelbySmiulatingActualWorkingCzadltion[D1.HeFei:
HEFEI
TECHNOI.oGYTNSTIn,TE,2005.
【3】朝志强,董玉平,吕宇鹏等.奥氏体锰钢的化学成分与热处理工艺闭.金属热处理。1,998,(6):9--12.
HartZhi-qiang,OongYu-ping,LvYu-pen8.Thechemical
constitutionandHeatlreatmentofAusteniticmanganesesteel[J].TRANSACTIONSOFMETAL
H巳叮TREATMENT,1998,(6):9一12.
增刊丁志敏等:高锰钢低温时效处理时的组织结构
33
【4】施忠良,张守年.高锰钢的合金化组织及加工硬化性能们.材料科学与工艺,1993,l(6):22—27.
Sift
Zhong-li∞8,刁删略Shou-nian..Mia瑚岫lc嘛柚dwb也_har;d曲jng
Behavior
ofAnoyj=ngmghManganeseSteel[J].MATERIALSCIENCE&
田巳(:HNOL.)(科’,1993,1(6):22—27.
【5】何力,金志浩。卢锦德等.稀±变质处理及合佥化对高锰钢组织结构的影响叨.金属热处理学报,2000,210):51--54.
mLi,JinZhi-hao,LuJin-de.EffectofRareEarthModificationandAUoyingonStruetmeoftlighManganeseSteel[J].TRANSACTIONSOFM时瞄山H巳盯
TREATMENT,舢’21(3):51一鲺
嘲丁晖,张贺,古可成等.含稀土复合变质剂对铸态锰钢性能的影响田.中国稀土学报.2002,20(增刊):148--150.
DingHui,ZhaagHet
GuKe-cheng.EffectofRareEarthModificatoronproptyonCastManganeseSteel田.TRANSACTIONSOFCHISARARE-EATH.
2002.20(增刊):148--150.
阴王静宜,谈育煦.喷丸、爆炸和滚压强化与高锰钢的弯曲疲劳强度川.西安工业学院学报,1995,15(1):10--15.
Wangvi-jing,TanYu-xu.SUengtheningprocessofshot
peening,surface
explosionandmafacerollingandthebead啦fatiguemangthofhighmanganese
steel[J].JOURNALOFXIANINSTITUTEOFTECHNOLOGY,1995,15(1):10--15.
嗍蒙綮斌,胡光立,陈彦.热处理工艺和爆炸预硬化对高锰钢ZGMnD组织和耐磨性的影响【玎.金属热处理,1997,(1):31--33.
MengZhan-bmg,HuGuang-li,ChertYaa.TheEffectofHeatUmumatprocessand獭onstructure
andwear-resistingpropertyofZGMnDm.MetalHeat
Treatment,1997,(I):3l--33.
【9】张瑞荣.回火温度对高锰钢ZGMnl3Cr2性能的影响阴.云南冶金,2000。29(4):52--54,57.
ZhangRui-rong.TheEffectofTemperingTemperatureonZGMnDCr2田.YUNNANMetallurgy,2000,29(4):52--54,57.【lo】熊玉竹,杜建平,伍玉娇.回火温度对高锰钢耐磨性能的影响叨.贵州工业大学学报(自然科学版),2001,30(3):37--39.
XiongYu-zhu,DuJian-ping,WuYu-jiao.TheEffectofTemperingTmnpemture
Oil
the
Abrasion[J].JOURNAL
OFGUIZHOUUNIVERSITY
OFTECHNOLOGY(NaturalScienceEdition),2001,30(3):37--39.
【11】刘世永,史雅琴,季世军等.碳化物弥散分布耐磨尚锰钢们.机械工程材料,1996;20(4):18--19.
Liu
Shi-yong,ShiYa-qin,Ji
Shi-jun.StudyoftheWear-Resistanttngh-Ma】nganeseSteelwithDi即饥埘Carbide
Particles田.M删s
forMeclmnical
Engineering,1996;20(4):18--19.
‘
【12]刘俊友,伍燕生,魏立等.高锰钢中碳化物的形成特征及其高温固溶行为的研究们.材料工程,2003。3:24--27.
Liu
Jun-you,WuYan-shang・WeiLi.s缸ldyon
the
FormationofCarbideinHighMangan髑e
SteelanditsSolution
atElevated
Temperature[J].Materials
Engineering,2003;3:24--27.
【13】柬德林.金属力学性能【M】.北京:机械工业出版社。1995.
Shu
De-lin.Mechanicalpropertyofmetal[M].BELLING:MechanicalTechnologyPublication,1995.
【14】胡光立,谢希文.钢的热处理原理【MI.西安:西北工业大学出版社,1996:123--124.
Hu
Guang-li,Xie
Xi-wen.H瞰的咖碍毗嘞Ieof咖el【hq.XIAN:North-West
Technology
Institute
Publication・1996:123--124.
第28卷增刊2007年8月
材料热处理学报
TRANSACTIONS
OF
Voi.28
August
Supplement
2007
MArERIALS
AND腿^TTRE^:n江ENT
高锰钢低温时效处理时的组织结构
丁志敏,王树娟,杨芳,阎
颖
(大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028)
摘要:采用金棚和X射线衍射分析方法研究了不同低温温度及其保温时阅对经水韧处理的高锰钢组织结构的影响规律。结果表臻:在保溢时阕为lh时,离锰锈基俸在500。C时开始有针状穰饯物的析出:褥在6∞℃时除了有针状碳纯耪的耩出之井,还有
珠光体组织的出现。在低温时效处理温度为600℃时,随着保温时间的延长,高锰钢基体中奥氏体的量减少,而珠光体的髓增
加。在5∞℃时效处理时,沿照界形孩并内晶蠹生长的针状碳化物与母相奥氏体之间的佼向关系和在晶内析出的针状碳化物的不同;以及在鑫海析出的针状璇纯物可戳交叉生长。这种针获碳化物交叉生长的形态在镶的组织转交孛还尚未篼有文献报道.
关键谰:高锰钢;时效处理;组织结构
孛文豳分类号:韵圆142。l;粥156。92Microstruetureof
highmanganesesteelduringlow-temperatureagingtreatment
D1NG
(CollegeofMaterials
Abstract:The
ZK-min,删GShu-juan,础GFang,蹦Y'mg
on
to
ScienceandEngineering,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China)
effectoftemperatureandholdingtimemicrostructuresofhighmanganesesteelduringthelow-temperatureaging
treatmentafterwaterquenchingW88studiedbymeml8ofmetallographicanalysisandXRD。Theresultsshowedthatafterbeingtreated
at
500℃andtheholdmgtimeof1hour,needlecarbidestart(xlprocipitatein
theaustcnitematrixofthehighmanganesesteel.And蚍
600"C,inadditiontoneedlecarbide,therewaspearlite.Duringlow-temperatureagingof600’C,withtheextensionofholdingtime,the
austenite
On
the
matrixofthehighmanganesesteelWasreducedandthepearlite强穗sincreased.Compared铖氇thatof
the
intracrystalline
needle-likecarbides,theorientationrelationshipbetweenthecrystalboundaryneedle-likecarbidesandthematrixW&S
500"C.Inaddition,theintracrystallineneedle-likecarbidesc蛆precipitateatthewayof
CTOSS
different
duringagingal
growth,which
Wasnotreportedinthestructuretransformationofsteels。Keywords:highmanganesesteel;agmg
trea(ment;micro蜘
英耐磨性畿。先了提高耐瘗性能,长麓以来许多磅究工作者在合金化【l ̄4】、变质处理【l’2,绷、表面形变强化【1'2.7善1以及沉淀强化‘1’2’9~111等方丽做了大量的工作,并已成功地提高了嘉锰钢的耐磨性能。其中
高锰钢的沉淀强化法是一种工艺简单、成本低廉的有效的强化方法。.
纛锰钢作为耐塞材料,在抵摭强冲击、离应力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面,其耐磨性是其他材料所无法比拟的。因而在其发明一百多年之后铅被广泛缝应臻予冶金、矿由、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中。并已成为磁悬浮列车、凿岩机械人、新型坦克等现代先进装备中首选的耐磨材料
11,2]。
高锰钢沉淀强纯法是搜爽氏体枣出现弥散分布
倪由于原始硬度低,在非强冲击载荷作用下,
的第二相质点,使材料具有良好的抗磨料磨损舷力。
奥氏体得不到充分的硬化,高锰钢的表面很容易在瘩辩酶冲击和切割作用下发生剪切破坏,瑟影嚷7
作者简介t丁志敏1粥妁。男,大连览醺大学,教授,生要研究方f句为材料表
通常可以采用水韧处理获得单一奥氏体后进行时效处理使奥氏体中的禳脱溶焉析出碳纯物。根据鬻规耐磨材料对组织的要求,高锰钢中碳化物只要弥散分布,则对其韧性影响不大,不失为一种良好的软基硬质缮构,可戮较大幄度地提嘉聿孝料熬穗磨链能112,13l。因此,有必要研究高锰钢时效处理后,特别
箍£嫂嗡愈离奉|辩强劫滋的理递积工愁的研究,两项成聚获省郝级科技进步奖,
获三项鞠寰发瞬专翻,发表学术论文∞余篇。
联系电话:0411.84094517,电子邮箱:d2叫嘲驰h飙。o札∞
30
材料热处理学报
第28卷
是低温时效处理后碳化物的数量、形态和分布的变化规律,对合理制定高锰钢的时效处理工艺具有较为重要的价值。
效温度的增加呈现先增加而后降低的趋势,在400℃时达最大。这种变化趋势与奥氏体中的碳是否发生偏聚或是以碳化物的形式析出有关。在时效温度低
于400℃时,奥氏体中仅仅发生碳的偏聚,因而d值
1实验材料及方法
试验用高锰钢的化学成分如表l所示。
表1试验用高锰钢的的化学成分
Tablel
The
增加。在时效温度高于400℃时,碳化物将析出,因而奥氏体中的碳含量降低,d值随之减少。并且随着
时效温度的升高,碳化物的析出量增加,d值降低。
compositionofthehighmanganesesteel
.^罡
、-√L√L.^.√
如k.。Lh。炙乙:
~趴...笑
.
,一
:..^
\|
.
高锰钢试样以80~120℃/h的速度加热到1050℃保温后迅速水淬,然后进行不同工艺的时效处理。低温时效温度分别选为400℃、500℃和600℃,保温1h;在600℃时效处理温度下,时效时间分别选为l、2、4、8和16h。金相观察采用OlympusBX51M光学显微镜,金相试样经磨制和抛光后,再经4%硝
jO
40
甄蓦
50
60
70
入
\
妒
80
蔗百
90
i00
20(,.)
图1不同温度时效后的X射线衍射图
Fig1
酸酒精及4%盐酸酒精溶液侵蚀。用X.RD.6000型X
射线衍射仪进行了高锰钢时效处理后物相变化的分析。靶材为Cu靶;扫描范围300,-,-1000;加速电压40KV;电流30mA;步长0.10连续扫描。
XRDpattcmofsamplestreatedatdifferentaging
temperature
表2不同温度时效处理后的奥氏体晶面间距
Table2
TheInterplanardistancesoftheausteniteafteraging
treatmentatdifferenttemperature
2实验结果、分析与讨论
2.1时效温度对高锰钢组织结构的影响
图l为高锰钢试样经水韧处理及不同温度时效处理后的X射线衍射图。由图l可以看出,在保温
时间为lh的条件下,高锰钢经400"(2的时效处理后的相结构与高锰钢原始试样的相同,为单相奥氏体组织,没有碳化物的析出。但相比之下,400"C的谱线较宽。谱线变宽的原因有可能是在400。C时效处理
时,虽然没有碳化物的析出,但存在有碳原子的偏聚而引起的。而当时效温度为500。C和600。C时,在x射线衍射图上分别出现了渗碳体和渗碳体加铁素
体的衍射峰,说明高锰钢经500℃时效处理后在奥氏体的基体上析出了渗碳体;而经600℃时效处理后除了在奥氏体的基体上析出了渗碳体之外,还发生了奥
图2为高锰钢试样经不同温度时效处理后的金
相组织。由图2可以看出,高锰钢的原始组织和经400℃时效处理后的组织为奥氏体(图2a和2b);在
500℃时,在奥氏体的晶界上和晶粒内有少量针状碳化物的析出(图2c);而在600℃时,除了在奥氏体
的基体上有碳化物的析出之外,还有珠光体的存在。
氏体向珠光体的共析转变。这一点与文献11】报道的一
致。
,,
碳化物和珠光体混合在一起呈棒状分布,而且其排
列具有~定的方向性(图2d)。碳化物在500℃时呈针状析出以及碳化物和珠光体在600℃时的排列具
表2给出了高锰钢经不同温度时效处理后的奥
氏体晶面间距(d)。从表2中可以看出,d值随着时
增刊丁志敏等:高锰钢低温时效处理时的组织结构
3l
(d)600℃时组织
图2不同时效温度处理后高锰钢的金相组织
Fig
2.11蝣microsu'uc嘶e
ofthehigh
manganesesteelat
differentaongtemperature
有一定的方向性,说明碳化物在析出时与母相具有
一定的位相关系。文献【l5】认为,当渗碳体从奥氏体
直接析出,渗碳体与奥氏体间具有Pitch关系,既:
(001)vc3c//(-225h;【010]re3J/[1lOb;【110]Fe3c//[5—5%
惯习面为(304)F。3J/{:2-27)v。
但对500℃时效处理后的金相组织仔细观察后发现,从晶界上析出并向晶内呈针状生长的渗碳体(图2c中A处)与在同一晶粒内析出并在晶粒呈针状生长的渗碳体,在析出方向上它们之间存在有一些
差别。说明在高锰钢中析出的渗碳体与奥氏体间的
位向关系除了Pitch关系之外,还存在有其它的位向关系。对于是怎样的位向关系,还须进行实验来确
定。
从图2c中还可以看到一个有趣的现象:针状渗碳体可以交叉生长(图2c中B和C处)。这种交叉生长的渗碳体是由于后生长的渗碳体在遇到先析出的
渗碳体时由于产生较大的应变能而在先析出渗碳体的另一侧诱发出一个新的针状渗碳体呢?还是由于
后生长的渗碳体寅接穿过先析出渗碳体而继续生长
的呢?这些都需要进一步的实验来确定。2.2时效保温时间对高锰钢组织结构的影响
图3为高锰钢试样在600℃温度下不同保温时间
时效处理后的X射线衍射图。由图3可以看出,在
时效处理温度为600℃时,不论保温时间的长短,所有试样的X射线衍射图上均由y,Fe3C和a相的衍射
峰组成。并且随着保温时间的延长,Fe3C和a相的
衍射峰增高。表明高锰钢经600℃时效处理后,在奥
氏体的基体上有渗碳体以及珠光体的存在。而且随着保温时间的延长,奥氏体的量减少,珠光体的量
增加。
一●
●●▲
■
●
-.._J、.^..“
■
I
I
1
:
J
..__^JL-√’-一
.氘!
l
L
是
.
....-JL..。—_
.h
.;
1
支
.1
.
.
_——J叫。L.一.—一^
如
一一.|L!一.
图3不同时间时效后x射线衍射图
Fig3
XRDpatternofsamplesUvzlcclatdifferent艇:ing
time
32
材料热处理学报
第28卷
(c)600℃时效8h碳化物形态
(d)600"C时效16h碳化物形态
图4不同时效时间下高锰钢的金相组织
Fig4
Themicrostructureofthehigh
manganesesteeltreatedatdifferentagingtime
图4的高锰钢试样在600"C时效不同时间的金相组织也很好说明了这一点。从图4的金相组织中还可以看到,在奥氏体晶界上析出渗碳体的量也是随着保温时间的延长而增加的。在8h和16h时,晶界上的渗碳体呈网状分布。
2)在低温时效处理温度为600℃时,随着保温
时间的延长,水韧处理后的高锰钢基体中奥氏体的
量减少,而珠光体的量增加。
3)在500℃时效处理时,沿晶界析出的针状碳
化物与母相奥氏体之间的位向关系和在晶内析出的针状碳化物的不同;此外在晶内析出的针状碳化物可
以交叉生长。
3结论
1)在保温时间为lh时,随着低温时效处理温度
的增加,水韧处理后的高锰钢基体在500"C时开始有针状碳化物的析出:在600"C时除了有针状碳化物的析出之外,还有珠光体组织的出现。
参考文献
【l】张增志.耐磨高锰钢【l咽.北京:冶金工艺出版社,2002.
ZhangZeng-zhi.HighManganeseSteel[M].BEIJING:Metallurgy
process
Publication,2002.
【2】李小蕴.模拟实际工况条件下高锰钢加工硬化规律及机制的研究【D】.合肥:合肥工业大学,2005.
LiXiao-yun.Research∞WorkHardeningAbilityandMechanismofHighManganeseSteelbySmiulatingActualWorkingCzadltion[D1.HeFei:
HEFEI
TECHNOI.oGYTNSTIn,TE,2005.
【3】朝志强,董玉平,吕宇鹏等.奥氏体锰钢的化学成分与热处理工艺闭.金属热处理。1,998,(6):9--12.
HartZhi-qiang,OongYu-ping,LvYu-pen8.Thechemical
constitutionandHeatlreatmentofAusteniticmanganesesteel[J].TRANSACTIONSOFMETAL
H巳叮TREATMENT,1998,(6):9一12.
增刊丁志敏等:高锰钢低温时效处理时的组织结构
33
【4】施忠良,张守年.高锰钢的合金化组织及加工硬化性能们.材料科学与工艺,1993,l(6):22—27.
Sift
Zhong-li∞8,刁删略Shou-nian..Mia瑚岫lc嘛柚dwb也_har;d曲jng
Behavior
ofAnoyj=ngmghManganeseSteel[J].MATERIALSCIENCE&
田巳(:HNOL.)(科’,1993,1(6):22—27.
【5】何力,金志浩。卢锦德等.稀±变质处理及合佥化对高锰钢组织结构的影响叨.金属热处理学报,2000,210):51--54.
mLi,JinZhi-hao,LuJin-de.EffectofRareEarthModificationandAUoyingonStruetmeoftlighManganeseSteel[J].TRANSACTIONSOFM时瞄山H巳盯
TREATMENT,舢’21(3):51一鲺
嘲丁晖,张贺,古可成等.含稀土复合变质剂对铸态锰钢性能的影响田.中国稀土学报.2002,20(增刊):148--150.
DingHui,ZhaagHet
GuKe-cheng.EffectofRareEarthModificatoronproptyonCastManganeseSteel田.TRANSACTIONSOFCHISARARE-EATH.
2002.20(增刊):148--150.
阴王静宜,谈育煦.喷丸、爆炸和滚压强化与高锰钢的弯曲疲劳强度川.西安工业学院学报,1995,15(1):10--15.
Wangvi-jing,TanYu-xu.SUengtheningprocessofshot
peening,surface
explosionandmafacerollingandthebead啦fatiguemangthofhighmanganese
steel[J].JOURNALOFXIANINSTITUTEOFTECHNOLOGY,1995,15(1):10--15.
嗍蒙綮斌,胡光立,陈彦.热处理工艺和爆炸预硬化对高锰钢ZGMnD组织和耐磨性的影响【玎.金属热处理,1997,(1):31--33.
MengZhan-bmg,HuGuang-li,ChertYaa.TheEffectofHeatUmumatprocessand獭onstructure
andwear-resistingpropertyofZGMnDm.MetalHeat
Treatment,1997,(I):3l--33.
【9】张瑞荣.回火温度对高锰钢ZGMnl3Cr2性能的影响阴.云南冶金,2000。29(4):52--54,57.
ZhangRui-rong.TheEffectofTemperingTemperatureonZGMnDCr2田.YUNNANMetallurgy,2000,29(4):52--54,57.【lo】熊玉竹,杜建平,伍玉娇.回火温度对高锰钢耐磨性能的影响叨.贵州工业大学学报(自然科学版),2001,30(3):37--39.
XiongYu-zhu,DuJian-ping,WuYu-jiao.TheEffectofTemperingTmnpemture
Oil
the
Abrasion[J].JOURNAL
OFGUIZHOUUNIVERSITY
OFTECHNOLOGY(NaturalScienceEdition),2001,30(3):37--39.
【11】刘世永,史雅琴,季世军等.碳化物弥散分布耐磨尚锰钢们.机械工程材料,1996;20(4):18--19.
Liu
Shi-yong,ShiYa-qin,Ji
Shi-jun.StudyoftheWear-Resistanttngh-Ma】nganeseSteelwithDi即饥埘Carbide
Particles田.M删s
forMeclmnical
Engineering,1996;20(4):18--19.
‘
【12]刘俊友,伍燕生,魏立等.高锰钢中碳化物的形成特征及其高温固溶行为的研究们.材料工程,2003。3:24--27.
Liu
Jun-you,WuYan-shang・WeiLi.s缸ldyon
the
FormationofCarbideinHighMangan髑e
SteelanditsSolution
atElevated
Temperature[J].Materials
Engineering,2003;3:24--27.
【13】柬德林.金属力学性能【M】.北京:机械工业出版社。1995.
Shu
De-lin.Mechanicalpropertyofmetal[M].BELLING:MechanicalTechnologyPublication,1995.
【14】胡光立,谢希文.钢的热处理原理【MI.西安:西北工业大学出版社,1996:123--124.
Hu
Guang-li,Xie
Xi-wen.H瞰的咖碍毗嘞Ieof咖el【hq.XIAN:North-West
Technology
Institute
Publication・1996:123--124.