高锰钢为什么会有加工硬化

1. 加工硬化为什么是材料加工成型的保障

加工硬化是金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。而在高温状态下晶格结构会发生变化，位错消失，残余应力消失，因此材料的强度和硬度会大大降低。因此在高温状态下适用的材料，不宜采用加工硬化的方法提高其强度和硬度。

2. 什么是高锰钢

高锰钢是含锰量在1%以上碳素钢,高锰钢是典型的抗磨钢,铸态组织为奥氏体加碳化物。经1000°C左右水淬处理后组织转变为单一的奥氏体或奥氏体加少量碳化物，韧性反而提高，因此称水韧处理。
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。

3. 高锰钢非常耐磨

高锰钢的主要成分：碳含量：0.9-1.4%、锰含量：11-13%
高锰钢有加工硬化特性，抗冲击、耐磨。主要用在矿山、水泥机械上，比如：鄂式、锤式、反击式、复合式等各种破碎机上的耐磨件，选矿、水泥厂用的球磨机上的衬板，铲车、钩机、坦克上的履带板。。。。等等。

4. 关于高锰钢的详细介绍

锰钢
锰钢主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。磨损分为三种：金属构件表面间相互接触并运动的摩擦磨损；其它金属或非金属物料打击金属表面的磨料磨损和流动气体或液体与金属接触导致的冲蚀磨损。耐磨钢的耐磨性能取决于材料本身，而抗磨钢则在不同的工况条件下表现出不同的耐磨性，材料本身和工况条件两者才能决定其耐磨性能。
铸造耐磨钢和抗磨钢以奥氏体锰钢为主，在一定的条件下经适当热处理的低合金钢也有很好的效果，石墨钢则用于润滑摩擦的工况条件。
耐磨高锰钢特别适用于冲击磨料磨损和高应力碾碎磨料磨损工况，常用于制造球磨机衬板，锤式破碎机锤头，颚式破碎机颚板，圆锥破碎机轧臼壁、破碎壁，挖掘机斗齿、斗壁，铁道道岔，拖拉机和坦克的履带板等抗冲击、抗磨损的铸件。高锰钢还用于：防弹钢板，保险箱钢板等。
高锰钢是典型的抗磨钢,铸态组织为奥氏体加碳化物。经1000°C左右水淬
处理后组织转变为单一的奥氏体或奥氏体加少量碳化物，韧性反而提高，因此称水韧处理。
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。但高锰钢的耐磨性只是在具备足以形成加工硬化的条件下才表现出其优越性，其他情况下则很差。
标准型的Mn13高锰钢又称Hadfield钢，是由英国人Hadfield于1882年发明的。其相关的国家标准和国际标准如下。我国高锰钢铸件的国家标准(GB/T5680-1998)牌号有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5；美国ASTM奥氏体锰钢铸件标准(ASTMA128/A128M-1993)钢号有：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(说明：如果用户无其它要求,一般供给钢号A铸件)；日本高锰钢铸件国家标准[JISG5131(1991)]牌号有：SCMnH1、SCMnH2、SCMnH3、SCMnH11、SCMnH21；俄罗斯铸造高锰钢标准ΓOCT977-1988钢号有：110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、130Γ14
XMΦAπ、120Γ10Φπ;ISO奥氏体锰钢铸件国际标准[ISO13521:1999(E)]牌号有：GX120MnMo7-1、GX110MnMo13-1、GX100Mn13、GX120Mn13、GX120MnCr13
-2、GX120MnNi13-3、GX120Mn17、GX90MnMo14、GX120MnCr17-2。
而典型的Mn17耐磨高锰钢是在Mn13钢的基础上增加锰量，提高了奥氏体的稳定性，阻止碳化物的析出，进而可提高钢的强度和塑性，提高钢的加工硬化能力和耐磨性。比如用于北方的ZGMn18铁道叉寿命较ZGMn13提高20%~25%。
高锰钢由于加工硬化现象，应尽量避免对铸件进行加工。铸件上的孔、槽尽可能铸出。但对高锰钢的加工也并非完全不可能。刀具修整一次进刀加工完的可以进行，不可避免的加工应在铸件工艺设计时放大加工量，以使加工的进刀量避开加工硬化层。
高锰钢重新加热时，在250—800 °C间存在碳化物析出的脆性温度区间,且铸态高锰钢又存在网状碳化物以及铸造应力，因此，焊接性能很差。
高锰钢铸件，应在水韧处理后割冒口或缺陷焊补，焊后应快速冷却。为消除或尽可能减小热影响区，应用小电流，不连续施焊，或边焊边浇水冷却。焊条采用高锰钢焊条或奥氏体不锈钢焊条。若存在加工硬化层，应在焊前去除。

高锰钢的铸造

破碎机又名粉碎机，是一种破碎机械，多用于冶金矿产的破碎粉磨。可与洗选设备、采掘设备组成矿山机械成套生产线，进行矿石的一体化加工生产。破碎机有：颚式破碎机、鄂式破碎机、锤式破碎机、圆锥破碎机、双辊破碎机、对辊破碎机、反击式破碎机、塑料破碎机之分。高锰钢作为典型的抗磨钢，是破碎机中粉碎配件的极好材料。
高锰钢铸件多采用砂型造型工艺方案，砂型铸造由于技术成熟，生产效率高而广为推广。也有采用特种铸造的。特种铸造是指在铸型材料、制型方法、金属液充型形式和金属在型中凝固条件等方面与砂型铸造有显著差别的铸造方法。特种铸造包括：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、反压铸造、挤压铸造、离心铸造、消失模铸造、石膏型铸造、陶瓷精密型铸造、连续铸造、真空吸铸、细晶铸造、电磁铸造等。

5. 高锰钢需要多大的冲击功才能达到最好的硬化

这类钢含锰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(%)：
C0．90～1．50Mn10.0～15．0
Si0．30～1.0 S≤0.05 P≤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：σb615～1275MPa σs340～470MPa ζ15%～85% ψ15%～45% aKl96～294J/cm2 HBl80～225
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。
中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是：ZGMn13—1(C 1.10%～1.50%)用于低冲击件，ZGMn13—2(C1.00%～1.40%)用于普通件，ZGMn13—3(C0.90%～1.30%)用于复杂件，ZGMn13-4(C0.90%~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。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。
为提高高锰钢的性能进行过很多合金化、微合金化、碳锰含量调整和沉淀强化处理等方面的研究，并在生产实践中得到应用。介稳奥氏体锰钢的出现则可较局gao大幅度降低钢中碳、锰含量并使钢的形变强化速度提高，可适用于高和中低冲击载荷的工况条件，这是高锰钢的新发展。 这里着重讲加料顺序，无论用中频炉，还是电弧炉熔炼，总是先熔炼碳素钢，而各类锰铁和其他贵重合金材料，要分多次，每次少量入炉，贵重元素在最后加入，以减少烧损。料块应尽量小些，以50－80mm为宜。熔清后，炉温达到1580－1600℃时，要脱氧、脱氢、脱氮，可用铝丝，也可用Si-Ca合金或SiC等材料。将脱氧剂一定压到炉内深处。金属液面此时用覆盖剂盖严，隔断外界空气。还要镇静一段时间，使氧化物、夹杂物有充足时间上浮。然而，不少企业，只将铝丝甚至铝屑，撒再金属液面上，又不加覆盖，岂不白白浪费！在此期间，及时用中碳锰铁来调整锰与碳的含量。
钢液出炉前，将浇包烘烤到400℃以上是十分必要的。在出炉期间用V-Fe、Ti-Fe、稀土等多种微量元素做变质处理，是使一次结晶细化的必要手段，它对产品性能影响是至关重要的。 要延长炉令，当分清钢种与炉衬的属性。锰钢属碱性，炉衬当然选用镁质材料。捣打炉衬要轮番周而复始换位操作。添加炉衬材料不可过厚，每次80厘米左右为宜，捣毕要低温长时间烘烤。如提高生产效率，笔者建议采用成型坩埚（沈阳力得厂和恒丰厂均又成品出售），从拆炉捣装成，不用1小时，即可投入生产，同时成型坩埚对防穿炉大裨益。当然，炉令的长短与操作者大又关系。不少操作者像掷铅球的运动员一样，把炉料从三四米之外投入炉内，既不安全又伤炉令，应将炉料置于炉口旁预热，然后用夹子慢慢地将炉料顺炉料置于炉口旁预热，然后用夹子慢慢地将炉料顺炉壁放入。
造型材料和涂料也应与金属液属性相一致，或者用中兴材料（如铬铁矿砂、棕刚玉等）。若想获得一次结晶细化的集体，采用蓄热量大的铬铁矿砂是正确的，尤其是消失模生产厂，用它将克服散热慢的缺点。 因为锰钢热传导性能差，所以在切割浇冒口时应十分注意。最好将铸件置于水中，被切割部分露在水外，切割时留一定量的茬，热处理后磨掉。
不少厂，焊接和焊补成为必然。选用奥氏体基的锰镍焊条（D256或D266型），规格细长，φ3.2mm×350mm，外层药皮为碱性。操作时采用小电流，弱电弧，小焊道多焊层、始终保持低温度少热量的操作方法。一边焊接一边击打，消除应力。重要铸件必须探伤。 物理参数 化学成分（%） 屈服强度 60,000--85,000 psi Mn 12.0--14.0 抗拉强度 120,000--130,000 psi C 1.00--1.25 延伸率 35%--50% Si ≤0.60 轧制硬度 230--255 bhn P ≤0.05 最大硬度 550bhn S ≤0.04 磁性 无 Fe 85.0—88.0

6. 加工后,零件表面层为什么会产生加工硬化和残余应力

首先明确下强度的概念：强度是指材料或结构在不同的环境条件下承受外载荷内的能力。
机械加工的过容程会使材料内部位错增加、缠结，使得材料抵抗外力的变形能力增加，同时晶格畸变，产生的残余应力也是阻碍位错运动使得材料抗外力变形能力增强。

7. 锰钢具有什么特点

锰钢主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。磨损分为三种：金属构件表面间相互接触并运动的摩擦磨损；其它金属或非金属物料打击金属表面的磨料磨损和流动气体或液体与金属接触导致的冲蚀磨损。耐磨钢的耐磨性能取决于材料本身，而抗磨钢则在不同的工况条件下表现出不同的耐磨性，材料本身和工况条件两者才能决定其耐磨性能。 铸造耐磨钢和抗磨钢以奥氏体锰钢为主，在一定的条件下经适当热处理的低合金钢也有很好的效果，石墨钢则用于润滑摩擦的工况条件。2、高锰钢高锰钢是典型的抗磨钢，铸态组织为奥氏体加碳化物。经1000。C左右水淬处理后组织转变为单一的奥氏体或奥氏体加少量碳化物，韧性反而提高，因此称水韧处理。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。但高锰钢的耐磨性只是在具备足以形成加工硬化的条件下才表现出其优越性，其他情况下则很差。 3、高锰钢的化学成分及力学性能 4、高锰钢的物理性能5、高锰钢由于加工硬化现象，应尽量避免对铸件进行加工。铸件上的孔、槽尽可能铸出。但对高锰钢的加工也并非完全不可能。刀具修整一次进刀加工完的可以进行，不可避免的加工应在铸件工艺设计时放大加工量，以使加工的进刀量避开加工硬化层。 6、高锰钢的焊接性能：高锰钢重新加热时，在250~800。C间存在碳化物析出的脆性温度区间，且铸态高锰钢又存在网状碳化物以及铸造应力，因此，焊接性能很差。高锰钢铸件，应在水韧处理后割冒口或缺陷焊补，焊后应快速冷却。为消除或尽可能减小热影响区，应用小电流，不连续施焊，或边焊边浇水冷却。焊条采用高锰钢焊条或奥氏体不锈钢焊条。若存在加工硬化层，应在焊前去除。

8. 什么是加工硬化性

加工硬化性是指金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高回，而塑性和韧性降低答的现象。又称冷作硬化。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。
如在切削加工中，加工硬化使工件表层脆而硬，再切削时增加切削力，加速刀具磨损等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。
我的个人经验高一般的硬度钢和铝合金的加工硬化性比较低。钛合金，高锰钢，不锈钢等的加工硬化性比较高。