高錳鋼為什麼會有加工硬化

1. 加工硬化為什麼是材料加工成型的保障

加工硬化是金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現象。又稱冷作硬化。產生原因是，金屬在塑性變形時，晶粒發生滑移，出現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘余應力等。而在高溫狀態下晶格結構會發生變化，位錯消失，殘余應力消失，因此材料的強度和硬度會大大降低。因此在高溫狀態下適用的材料，不宜採用加工硬化的方法提高其強度和硬度。

2. 什麼是高錳鋼

高錳鋼是含錳量在1%以上碳素鋼,高錳鋼是典型的抗磨鋼,鑄態組織為奧氏體加碳化物。經1000°C左右水淬處理後組織轉變為單一的奧氏體或奧氏體加少量碳化物，韌性反而提高，因此稱水韌處理。
高錳鋼最重要的特點是在強烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發生加工硬化現象，使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時硬化層具有良好的耐磨性能。這是其它材料所不及的。

3. 高錳鋼非常耐磨

高錳鋼的主要成分：碳含量：0.9-1.4%、錳含量：11-13%
高錳鋼有加工硬化特性，抗沖擊、耐磨。主要用在礦山、水泥機械上，比如：鄂式、錘式、反擊式、復合式等各種破碎機上的耐磨件，選礦、水泥廠用的球磨機上的襯板，鏟車、鉤機、坦克上的履帶板。。。。等等。

4. 關於高錳鋼的詳細介紹

錳鋼
錳鋼主要用於需要承受沖擊、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並運動的摩擦磨損；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於材料本身，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奧氏體錳鋼為主，在一定的條件下經適當熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用於潤滑摩擦的工況條件。
耐磨高錳鋼特別適用於沖擊磨料磨損和高應力碾碎磨料磨損工況，常用於製造球磨機襯板，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。高錳鋼還用於：防彈鋼板，保險箱鋼板等。
高錳鋼是典型的抗磨鋼,鑄態組織為奧氏體加碳化物。經1000°C左右水淬
處理後組織轉變為單一的奧氏體或奧氏體加少量碳化物，韌性反而提高，因此稱水韌處理。
高錳鋼最重要的特點是在強烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發生加工硬化現象，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越性，其他情況下則很差。
標准型的Mn13高錳鋼又稱Hadfield鋼，是由英國人Hadfield於1882年發明的。其相關的國家標准和國際標准如下。我國高錳鋼鑄件的國家標准(GB/T5680-1998)牌號有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5；美國ASTM奧氏體錳鋼鑄件標准(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(說明：如果用戶無其它要求,一般供給鋼號A鑄件)；日本高錳鋼鑄件國家標准[JISG5131(1991)]牌號有：SCMnH1、SCMnH2、SCMnH3、SCMnH11、SCMnH21；俄羅斯鑄造高錳鋼標准ΓOCT977-1988鋼號有：110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、130Γ14
XMΦAπ、120Γ10Φπ;ISO奧氏體錳鋼鑄件國際標准[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。比如用於北方的ZGMn18鐵道叉壽命較ZGMn13提高20%~25%。
高錳鋼由於加工硬化現象，應盡量避免對鑄件進行加工。鑄件上的孔、槽盡可能鑄出。但對高錳鋼的加工也並非完全不可能。刀具修整一次進刀加工完的可以進行，不可避免的加工應在鑄件工藝設計時放大加工量，以使加工的進刀量避開加工硬化層。
高錳鋼重新加熱時，在250—800 °C間存在碳化物析出的脆性溫度區間,且鑄態高錳鋼又存在網狀碳化物以及鑄造應力，因此，焊接性能很差。
高錳鋼鑄件，應在水韌處理後割冒口或缺陷焊補，焊後應快速冷卻。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。焊條採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，多用於冶金礦產的破碎粉磨。可與洗選設備、採掘設備組成礦山機械成套生產線，進行礦石的一體化加工生產。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的極好材料。
高錳鋼鑄件多採用砂型造型工藝方案，砂型鑄造由於技術成熟，生產效率高而廣為推廣。也有採用特種鑄造的。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。

5. 高錳鋼需要多大的沖擊功才能達到最好的硬化

這類鋼含錳10%～15%，碳含量較高，一般為0.90%～1.50%，大部分在1．0%以上。其化學成分為(%)：
C0．90～1．50Mn10.0～15．0
Si0．30～1.0 S≤0.05 P≤0.10這類高錳鋼的用量最多，常用來製作挖掘機的鏟齒、圓錐式破碎機的軋面壁和破碎壁、顎式破碎機岔板、球磨機襯板、鐵路轍岔、板錘、錘頭等。
上述成分的高錳鋼的鑄態組織通常是由奧氏體、碳化物和珠光體所組成，有時還含有少量的磷共晶。碳化物數量多時，常在晶界上呈網狀出現。因此鑄態組織的高錳鋼很脆，無法使用，需要進行固溶處理。通常使用的熱處理方法是固溶處理，即將鋼加熱到1050～1100℃，保溫消除鑄態組織，得到單相奧氏體組織，然後水淬，使此種組織保持到常溫。熱處理後鋼的強度、塑性和韌性均大幅度提高，所以此種熱處理方法也常稱為水韌處理。熱處理後力學性能為：σb615～1275MPa σs340～470MPa ζ15%～85% ψ15%～45% aKl96～294J/cm2 HBl80～225
高錳鋼經過固溶處理後還會有少量的碳化物未溶解，當其數量較少符合檢驗標准時，仍可使用。
奧氏體組織的高錳鋼受到沖擊載荷時，金屬表面發生塑性變形。形變強化的結果，在變形層內有明顯的加工硬化現象，表層硬度大幅度提高。低沖擊載荷時，可以達到HB300～400，高沖擊載荷時，可以達到HB500～800。隨沖擊載荷的不同，表面硬化層深度可達10～20mm。高硬度的硬化層可以抵抗沖擊磨料磨損。高錳鋼在強沖擊磨料磨損條件下，有優異的抗磨性能，故常用於礦山、建材、火電等機械設備中，製作耐磨件。在低沖擊工況條件下，因加工硬化效果不明顯，高錳鋼不能發揮材料的特性。
中國常用的高錳鋼的牌號及其適用范圍是：ZGMn13—1(C 1.10%～1.50%)用於低沖擊件，ZGMn13—2(C1.00%～1.40%)用於普通件，ZGMn13—3(C0.90%～1.30%)用於復雜件，ZGMn13-4(C0.90%~1.20%)用於高沖擊件。以上4種牌號鋼的錳含量均為11.0%～14.0%。
在沖擊載荷作用的冷變形過程中，由於位錯密度大量增加，位錯的交割、位錯的塞積及位錯和溶質原子的交互作用使鋼得到強化。這是加工硬化的重要原因。另一個重要原因則是高錳奧氏體的層錯能低，形變時容易出現堆垛層錯，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產生創造了條件。常規成分的高錳鋼的形變硬化層中常可以看到高密度位錯、位錯塞積和纏結。ε馬氏體和形變孿晶的出現使鋼難以變形，尤其是後者的作用更大。上述各種因素都使高錳鋼的硬化層得到很高程度的強化，硬度大幅度提高。
高錳鋼極易加工硬化，因而很難加工，絕大多數是鑄件，極少量用鍛壓方法加工。高錳鋼的鑄造性能較好。鋼的熔點低(約為1400℃)，鋼的液、固相線溫度間隔較小，(約為50℃)，鋼的導熱性低，因此鋼水流動性好，易於澆注成型。高錳鋼的線膨脹系數為純鐵的1．5倍，為碳素鋼的2倍，故鑄造時體積收縮和線收縮率均較大，容易出現應力和裂紋。
為提高高錳鋼的性能進行過很多合金化、微合金化、碳錳含量調整和沉澱強化處理等方面的研究，並在生產實踐中得到應用。介穩奧氏體錳鋼的出現則可較局gao大幅度降低鋼中碳、錳含量並使鋼的形變強化速度提高，可適用於高和中低沖擊載荷的工況條件，這是高錳鋼的新發展。 這里著重講加料順序，無論用中頻爐，還是電弧爐熔煉，總是先熔煉碳素鋼，而各類錳鐵和其他貴重合金材料，要分多次，每次少量入爐，貴重元素在最後加入，以減少燒損。料塊應盡量小些，以50－80mm為宜。熔清後，爐溫達到1580－1600℃時，要脫氧、脫氫、脫氮，可用鋁絲，也可用Si-Ca合金或SiC等材料。將脫氧劑一定壓到爐內深處。金屬液面此時用覆蓋劑蓋嚴，隔斷外界空氣。還要鎮靜一段時間，使氧化物、夾雜物有充足時間上浮。然而，不少企業，只將鋁絲甚至鋁屑，撒再金屬液面上，又不加覆蓋，豈不白白浪費！在此期間，及時用中碳錳鐵來調整錳與碳的含量。
鋼液出爐前，將澆包烘烤到400℃以上是十分必要的。在出爐期間用V-Fe、Ti-Fe、稀土等多種微量元素做變質處理，是使一次結晶細化的必要手段，它對產品性能影響是至關重要的。 要延長爐令，當分清鋼種與爐襯的屬性。錳鋼屬鹼性，爐襯當然選用鎂質材料。搗打爐襯要輪番周而復始換位操作。添加爐襯材料不可過厚，每次80厘米左右為宜，搗畢要低溫長時間烘烤。如提高生產效率，筆者建議採用成型坩堝（沈陽力得廠和恆豐廠均又成品出售），從拆爐搗裝成，不用1小時，即可投入生產，同時成型坩堝對防穿爐大裨益。當然，爐令的長短與操作者大又關系。不少操作者像擲鉛球的運動員一樣，把爐料從三四米之外投入爐內，既不安全又傷爐令，應將爐料置於爐口旁預熱，然後用夾子慢慢地將爐料順爐料置於爐口旁預熱，然後用夾子慢慢地將爐料順爐壁放入。
造型材料和塗料也應與金屬液屬性相一致，或者用中興材料（如鉻鐵礦砂、棕剛玉等）。若想獲得一次結晶細化的集體，採用蓄熱量大的鉻鐵礦砂是正確的，尤其是消失模生產廠，用它將克服散熱慢的缺點。 因為錳鋼熱傳導性能差，所以在切割澆冒口時應十分注意。最好將鑄件置於水中，被切割部分露在水外，切割時留一定量的茬，熱處理後磨掉。
不少廠，焊接和焊補成為必然。選用奧氏體基的錳鎳焊條（D256或D266型），規格細長，φ3.2mm×350mm，外層葯皮為鹼性。操作時採用小電流，弱電弧，小焊道多焊層、始終保持低溫度少熱量的操作方法。一邊焊接一邊擊打，消除應力。重要鑄件必須探傷。 物理參數 化學成分（%） 屈服強度 60,000--85,000 psi Mn 12.0--14.0 抗拉強度 120,000--130,000 psi C 1.00--1.25 延伸率 35%--50% Si ≤0.60 軋制硬度 230--255 bhn P ≤0.05 最大硬度 550bhn S ≤0.04 磁性 無 Fe 85.0—88.0

6. 加工後,零件表面層為什麼會產生加工硬化和殘余應力

首先明確下強度的概念：強度是指材料或結構在不同的環境條件下承受外載荷內的能力。
機械加工的過容程會使材料內部位錯增加、纏結，使得材料抵抗外力的變形能力增加，同時晶格畸變，產生的殘余應力也是阻礙位錯運動使得材料抗外力變形能力增強。

7. 錳鋼具有什麼特點

錳鋼主要用於需要承受沖擊、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並運動的摩擦磨損；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於材料本身，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奧氏體錳鋼為主，在一定的條件下經適當熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用於潤滑摩擦的工況條件。2、高錳鋼高錳鋼是典型的抗磨鋼，鑄態組織為奧氏體加碳化物。經1000。C左右水淬處理後組織轉變為單一的奧氏體或奧氏體加少量碳化物，韌性反而提高，因此稱水韌處理。高錳鋼最重要的特點是在強烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發生加工硬化現象，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越性，其他情況下則很差。 3、高錳鋼的化學成分及力學性能 4、高錳鋼的物理性能5、高錳鋼由於加工硬化現象，應盡量避免對鑄件進行加工。鑄件上的孔、槽盡可能鑄出。但對高錳鋼的加工也並非完全不可能。刀具修整一次進刀加工完的可以進行，不可避免的加工應在鑄件工藝設計時放大加工量，以使加工的進刀量避開加工硬化層。 6、高錳鋼的焊接性能：高錳鋼重新加熱時，在250~800。C間存在碳化物析出的脆性溫度區間，且鑄態高錳鋼又存在網狀碳化物以及鑄造應力，因此，焊接性能很差。高錳鋼鑄件，應在水韌處理後割冒口或缺陷焊補，焊後應快速冷卻。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。焊條採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。

8. 什麼是加工硬化性

加工硬化性是指金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高回，而塑性和韌性降低答的現象。又稱冷作硬化。產生原因是，金屬在塑性變形時，晶粒發生滑移，出現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘余應力等。
如在切削加工中，加工硬化使工件表層脆而硬，再切削時增加切削力，加速刀具磨損等。但有利的一面是，它可提高金屬的強度、硬度和耐磨性，特別是對於那些不能以熱處理方法提高強度的純金屬和某些合金尤為重要。
我的個人經驗高一般的硬度鋼和鋁合金的加工硬化性比較低。鈦合金，高錳鋼，不銹鋼等的加工硬化性比較高。