高锰钢的加工硬化处理技术

高锰钢是反击式破碎机衬板材料的主要组成部分，也是破碎设备加工过程中常用的材料之一，高锰钢的加工过程和质量的好坏直接影响到破碎设备的质量。

加工硬化是高锰钢的重要特征。铸态高锰钢经水韧处理后形成单相奥氏体组织，该组织硬度仅为170-230HB。但是经过形变后奥氏体高锰钢的形变层内表现出显著的加工硬化现象，变形层的硬度可以达到500-800HB。

一般而言，硬化层的深度可以达到10-20mm，但这个深度与冲击载荷的大小和状态、组织状态、化学成分、塑性性能、强度性能、形变速度等因素有关。硬化层具有很高的硬度和良好的韧性，这种性能使硬化层具有很高的抗冲击疲劳性能和高的抗磨料犁削磨损和形变磨损性能。

在表层硬化层被磨耗的同时，外部冲击载荷又使得硬化层连续不断地向钢的内部发展。当高锰钢组分和外部载荷条件确定后，钢表面硬化层的硬度变化规律就确定，且这个规律不受表层磨损的影响一直延续下去。

高锰钢在外载荷作用下产生的这种形变强化，通常称为加工硬化。该加工硬化的特点是在强冲击磨料磨损条件下，钢的表面通过形变强化具有很高的耐磨性。

从高锰钢加工硬化后的显微组织看，硬化层外面的显微组织发生了很大变化，晶粒成为扁平状，与受力方向垂直或接近于垂直，滑移线数量很多，且不同的晶粒滑移有不同的方向。从表层向内部发展，随变形程度的降低，晶粒的变形程度减小，滑移线也减少。

通过对高锰钢加工硬化组织的金相的观察，可以发现:高锰钢在受到冲击、压力、拉伸等应力作用时，均产生形变硬化，其显微组织的特点是出现许多滑移带，甚至出现晶粒扭曲、滑移带弯曲或滑移台阶。

经过水韧处理之后的高锰钢中的奥氏体具有向马氏体转化的相变驱动能和相变可能性。但马氏体相变是一种非扩散型相变，奥氏体向马氏体相变是依靠晶格点阵切变完成的，并伴有点阵膨胀，为此，必须对之做功。一般认为，马氏体相变驱动能力为(200－400)×1.1868J/mol。

高锰钢由于含有较多稳定奥氏体的元素Mn，因此马氏体转变点低于室温，即使经加热和水冷，都因相变驱动能不够，不能发生马氏体相变。在承受冲击或压力的工作状态下，表层奥氏体晶粒将在切应力分量作用下产生滑移导致塑性变形，这个过程同时促使奥氏体向马氏体转变。

切应力在产生滑移变形时，不断做机械功，当这种机械功与化学驱动能之和等于或大于马氏体相变阻力所需的相变驱动能时，就会发生马氏体相变。高锰钢在工作时所受冲击、压力越大，形变量越大，承受的机械功越大，组织中所获得马氏体量越多，材料表层硬度越高，耐磨性越好。

从生产时间和大量实验得出高锰钢充分发挥耐磨性后的硬度变化规律为：越靠近表层，硬度分布急剧升高;越靠近基体内部，硬度分布越趋于平缓。硬化层下面仍是软韧的奥氏体组织。

这种硬度分布反应了钢表层的塑性变形程度，钢表层塑性变形量的分布与硬度分布有近似的规律。变形程度越高，硬度越高。钢的表面这种塑性变形能够较好地吸收外部冲击载荷产生的冲击功，形成加工硬化层和马氏体。