zgmn13(高锰钢)的铸造生产及工艺设计

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1、ZGMn13的铸造生产工艺设计1高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击、挤压条件下，表层迅速发生加工硬化现象，使其在心部仍保持奥氏体良好的韧性和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能。这是其它材料所不及的。它的缺点也同它的优点一样明显，在没有足够的载荷下耐磨高锰钢并不耐磨。但在耐磨材料方面目前为止它仍有不可替代的地位。本文对高锰钢的工艺设计、铸造生产及高锰钢生产中一些注意要点进行了比较全面的阐述。ZGMn13的铸造生产工艺设计2含锰量在10％以上的合金钢。1882年第一次获得奥氏体组织的高锰钢，1883年英国人哈德菲尔德R．A．H

2、adfield取得了高锰钢专利，高锰钢钢含锰10％～15％，碳含量较高，一般为0.90％～1.50％，大部分在1．0％以上。其化学成分为％：C：0.901.50Mn：10.015.0Si：0.301.0S：≤0.05P：≤0.10这类高锰钢的用量最多，常用来制作挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。上述成分的高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成，有时还含有少量的磷共晶。碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进

3、行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶处理，即将钢加热到1050～1100℃，保温消除铸态组织，得到单相奥氏体组织，然后水淬，使此种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提高，所以此种热处理方法也常称为水韧处理。热处理后力学性能为：b??:6151275MPa2.0??:340470MPa??:15％85％??:15％45％Ka:1962942/????cmJHB:l80225高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解，当其数量较少符合检验标准时，仍可使用。奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时，金属表面发生塑

4、性变形。形变强化的结果，在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高。低冲击载荷时，可以达到HB300～400，高冲击载荷时，可以达到HB500～800。随冲击载荷的不同，表面硬化层深度可达10～20mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下，有优异的抗磨性能，故常用于矿山、建材、火电等机械设备中，制作耐磨件。在低冲击工况条件下，因加工硬化效果不明显，高锰钢不能发挥材料的特性。ZGMn13的铸造生产工艺设计3中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是：ZGMn13—1C1.10％1.50％用于

5、低冲击件，ZGMn13—2C1.00％1.40％用于普通件，ZGMn13—3C0.90％1.30％用于复杂件，ZGMn13-4C0.90％1.20％用于高冲击件。以上4种牌号钢的锰含量均为11.0％14.0％。在冲击载荷作用的冷变形过程中，由于位错密度大量增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化。这是加工硬化的重要原因。另一个重要原因则是高锰奥氏体的层错能低，形变时容易出现堆垛层错，从而为ε马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。常规成分的高锰钢的形变硬化层中常可以看到高密度位错、位错塞积和缠结

6、。ε马氏体和形变孪晶的出现使钢难以变形，尤其是后者的作用更大。上述各种因素都使高锰钢的硬化层得到很高程度的强化，硬度大幅度提高。高锰钢极易加工硬化，因而很难加工，绝大多数是铸件，极少量用锻压方法加工。高锰钢的铸造性能较好。钢的熔点低约为1400℃，钢的液、固相线温度间隔较小，约为50℃，钢的导热性低，因此钢水流动性好，易于浇注成型。高锰钢的线膨胀系数为纯铁的1．5倍，为碳素钢的2倍，故铸造时体积收缩和线收缩率均较大，容易出现应力和裂纹。高锰钢中CMn含量较高，和普通钢相比，它具有良好的流动性，故冲型能力强，能生产现状复杂

7、和不同壁厚的各种铸件。高锰钢在磨损条件下服役工况不同，受载情况不同，所以它要储备某些特性。故高锰钢铸件的铸造工艺和操作除?俗裱话阒旨墓餐媛赏猓灿兴陨淼奶氐恪?高锰钢铸件若采用普通碳钢铸件的造型材料（硅砂及硅砂粉涂料），则铸件表面容易发生粘砂。其原因是高锰钢液中的MnO和型砂中的SiO2产生化学反应，形成低熔点的MnO??SiO2熔点1291℃，密度3.72g/cm3，造成严重粘砂。MnOSiO2→MnO??SiO2ZGMn13的铸造生产工艺设计4采用镁砂造型，可获得光洁的铸件表面。但镁砂价格较高，广泛作高锰钢

8、铸件型砂将增加成本，不宜全面使用。在作特殊的厚大件或泥芯可适当的采用电极石墨砂。现应用最为普遍的是水玻璃石灰石砂配比及性能可参考表1，石灰石砂溃散性良好、落砂清理容易，在配合刷镁砂粉涂料能获得表面光洁的高锰钢件，还能消除职业性矽肺病的危害，石灰石砂型在浇注后和钢液接触面形成一层CaO，它是碱性氧化物，熔点高（2570