【正文】 元素加入高錳鋼中后有微合金化作用，能夠細(xì)化晶粒，改變碳化物形態(tài)和分布，使之呈顆粒狀彌散，減少碳化物偏聚，加入稀土含量越高，越明顯。對于在實驗過程中，給予我很大幫助的霍文霞學(xué)姐，陳濤，房威同學(xué)表示由衷的感謝。計云萍導(dǎo)師在我的實驗以及數(shù)據(jù)的處理過程中不斷的指導(dǎo)，及時的指出論文當(dāng)中的缺點與不足，給了我很大的幫助,在此表示由衷的感謝。、 不 同 稀 土 加 入 量 高 錳 鋼 斷 口 分 析將斷裂件的斷口經(jīng)除銹清洗后，可見斷口平齊，無明顯塑性變形，在晶界上，夾雜物阻礙晶粒長大，破壞了材料的連續(xù)性，為典型的沿晶斷裂。稀土對沖擊韌性的改善，主要因為細(xì)化晶粒和凈化鋼液，改善了非金屬夾雜物的形狀，大小，數(shù)量和分布。Grassel 等系統(tǒng)研究了了 FeMnA1Si 系高錳鋼的組織、力學(xué)性能、以及變形機(jī)制，發(fā)現(xiàn) Mn 元素在 15 %～30%之間變化時，F(xiàn)eM nA1 Si 系高錳鋼呈現(xiàn)出不同的加工硬化特征。夾雜物的尺寸與稀土元素的聚集量有關(guān)，稀土元素越多，吸附的其他雜質(zhì)元素就越多，稀土元素越少，吸附的其他元素也就越少。 鈦，正方形狀 Si,Al,O 白灰區(qū)域 黑色是鈦，白色是稀土硫化物稀土液滴形成，白色區(qū)域為稀土，黑色區(qū)域為鈦，在鋼液凝固過程中形成。1, 2, 3稀土高錳鋼組織中有碳化物分布，這與熱處理有關(guān)。 圖 稀土加入量不同的高錳鋼鑄態(tài)試樣 500 倍的光學(xué)顯微組織圖 中為稀土加入量不同的高錳鋼鑄態(tài)試樣 500 倍的光學(xué)顯微組織，1，2，3是分別加入稀土硅鐵量為 %，%，%的鑄態(tài)高錳鋼。為了便于同組織圖中的鐵素體組織的照片進(jìn)行比較，用 ZEISS 蔡司金相顯微鏡，對每個試樣拍攝 100 倍、200 倍、500 倍、1000 倍照片各兩張。因此確定本試驗確定水韌處理保溫時間為 。、 成 分 設(shè) 計試樣的成分配制是高錳鋼為基體并加入一定量的稀土元素來實現(xiàn)的。 課 題 的 主 要 研 究 內(nèi) 容（1）本實驗在高錳鋼的成份基礎(chǔ)上，加入的稀土元素 Ce 和 La，然后水韌處理、看成份、夾雜物等。20℃,保溫 3～ 后淬入水中。(10)稀薄渣形成后，加入烘烤過的 MNFe，使終[Mn]達(dá)到中下限；(11)加入 MnFe 后攪拌，并加入還原渣料 3%～4%。實驗證明，稀土不僅可強(qiáng)化原始奧氏體，提高顯微硬度，而且可以加工硬化層，提高硬化層最表層（小于 ）的硬度。如鈰（Ce）的原子半徑為，鐵則為 ，原子半徑相差 42%。 抑 制 碳 化 物 生 長稀土元素原子半徑大，融入高錳鋼后主要存在于晶界空穴等缺陷中，所以稀土原子大多以內(nèi)吸附的形式存在于晶界，降低晶界的界面能，使碳化物在晶界形核困難。稀土加入高錳鋼液，主要形成稀土氧化物和稀土硫化物兩大類型非金屬夾雜，經(jīng)研究這些夾雜和奧氏體的錯陪讀只有 3%，完全可以作為結(jié)晶時的異質(zhì)晶核，細(xì)化高錳鋼的一次結(jié)晶。高錳鋼在液化時易氧化，其主要氧化物夾雜為 MnO,分布于晶界，是晶界脆化，高溫時易產(chǎn)生熱裂。 凈 化 鋼 液稀土元素化學(xué)性質(zhì)活潑，和鋼液中的[S],[O],[H],[N]都能形成穩(wěn)定化合物。稀土在煉鋼溫度下的蒸汽壓也很低，這是稀土在煉鋼中應(yīng)用勝于鈣和鎂的主要原因。重稀土（又稱釔組）包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。高錳鋼實際使用硬度是表層的加工硬化硬度，可高達(dá) 600HB。當(dāng)高錳鋼受到?jīng)_擊、壓力等應(yīng)力作用產(chǎn)加工硬化，其顯微組織會出現(xiàn)許多滑移帶，甚至出現(xiàn)晶粒扭曲、滑移帶彎曲或滑移臺階 [27]，如圖 (c)所示。 高 錳 鋼 的 變 質(zhì) 處 理因為碳化物析出導(dǎo)致高錳鋼韌性迅速降低的一個重要因素是這些碳化物通常趨于沿奧氏體的晶界析出，并且這些碳化物往往呈現(xiàn)出對材料韌性最不利的片狀或針狀。鑰:合金元素 Mo 可以緩解碳的擴(kuò)散速度，能抑制碳化物的析出和珠光體的形成。其化學(xué)成分大致為: C1. 53%，Si 0. 55%，Mn 18. 2%，Cr 2. 65%，Ti 0. 22%，Re 0. 35%, P0. 06%, S0. 05。介穩(wěn)奧氏體錳鋼是在 Mnl3的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低碳錳含量，并加入一定含量的鉻，從而降低奧氏體穩(wěn)定性所獲得的一種耐磨材料 [17,18]。有關(guān)測試表明，加入 0. 069%N, %Ti 和 %Ni 的高錳鋼，其耐磨性分別提高 60%和 ～ 倍。對于厚大斷面工件，心部常常出現(xiàn)碳化物，從而降低使用性能[6,7]。高錳鋼中錳的主要作用是穩(wěn)定奧氏體組織，在鋼中擴(kuò)大 Y 相區(qū)。低合金高強(qiáng)度耐磨鋼硬度較高，其韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高錳鋼，只適用于中低沖擊工況。目前稀土高錳鋼的研究和應(yīng)用，多年來徘徊不前，主要原因是對稀土的作用機(jī)理及影響因素理解不透，加入方法不夠恰當(dāng)，加入量不能定量控制，因而導(dǎo)致效果不顯著，成本較高。此外其產(chǎn)品價格較低，有良好的性價比。而且提高含碳量在改善高錳鋼耐磨性的同時，會明顯降低材料的沖擊韌性。因為這些原因使其在今天的許多工程機(jī)械中以表現(xiàn)出不適應(yīng)性。 (a)提高 C 含量 C 在 Mnl3 鋼中一部分固溶在鋼中，一部分與 Fe , Mn 形成碳化物，提高鋼的硬度和耐磨性。沖擊載荷作用小時，其加工硬化速度快，可迅速形成高硬度的穩(wěn)定的硬化層，抗沖擊磨料磨損的能力大幅度提高。 合 金 化 高 錳 鋼在 Mn 13 鋼中添加合金元素 Cr，Mo，V 形成合金高錳鋼。釩:是 C，N 化合物形成元素，在高錳鋼中有細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用。在此基礎(chǔ)上還可以添加 Cr, Ni 等合金元素進(jìn)行合金化和變質(zhì)處理，形成合金耐磨高錳鋼。硬度高錳鋼的硬度有三種，一是鑄態(tài)硬度，二是水韌處理后硬度，三是加工硬化層硬度。適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分和熱處理可以使碳化物的形態(tài)和數(shù)量發(fā)生改變，從而影響鋼的耐磨性。比鋁()和錳()都大。目前國際上把稀土譽(yù)為新技術(shù)革命中的戰(zhàn)略元素,高技術(shù)的生長點,新材料的寶庫。不加稀土高錳鋼硫化物夾雜熔點低，分布于支晶間或晶界上；加入稀土后形成高熔點稀土硫化物，稀土氧化物，和稀土氮化物，其熔點一般都在 2022℃以上，以細(xì)小，粒狀，彌散分布于晶內(nèi)。表 31 列舉了兩組加稀土高錳鋼與普通高錳鋼的化學(xué)成分及氣體含量。另外，由于稀土元素是表面活性物質(zhì)，加入鋼中，降低了相界面的表面張力，使晶核形成功降低，晶核形成速度激劇增加。稀土元素外層電子排列的特點是 5d 層電子嚴(yán)重不飽和，稀土元素是強(qiáng)烈碳化物形成元素，它和碳之間能形成 REC，RE 2C3， REC2等類型特殊碳化物，并且該碳化物熔點高，如 CeC2 熔點高于 2300℃，PrC 2熔點高于 2200℃，NdC 2熔點高于 2022℃。這也是稀土固溶強(qiáng)化高錳鋼的一個原因。它們與普通高錳鋼的冶煉方法基本相同。(14)鋼液化學(xué)成分合格，渣樣呈白色，待超過 45s 后準(zhǔn)備出鋼。改善水韌作用。（4）研究稀土元素 Ce，La 對高錳鋼夾雜物的影響機(jī)理。要消除高錳鋼的碳化物，需要將其加熱到 1030℃以上，并保溫一段時間，使碳化物完全固溶于奧氏體，隨后快速水淬冷卻得到過冷的奧氏體。、 磨 樣 、 拋 光 與 腐 蝕用 12400、600、800五張砂紙逐步磨樣。試驗通常在室溫、軸向和緩慢加載(10 4~102 /s)條件下進(jìn)行記錄或繪制試件所受的載荷 P 和伸長量 Δl 之間的關(guān)系曲線。珠光體是共析鐵素體和共析碳化物的有機(jī)結(jié)合的整合組織。從圖中對比 1和 2可以看出隨著稀土加入量的增大，晶粒得到明顯細(xì)化，晶界偏聚明顯減少。Al2O3 的復(fù)合夾雜。、 拉 伸 沖 擊 實 驗 及 其 結(jié) 果 分 析通過對稀土高錳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線分析稀土不同加入量對高錳鋼的力學(xué)性能的影響 304050 應(yīng)力（MPa）應(yīng) 變 1鑄 態(tài)25030350 應(yīng)力（MPa）應(yīng) 變 2鑄 態(tài)3040 應(yīng)力（MPa）應(yīng) 變 3鑄 態(tài)表 不同稀土加入量高錳鋼鑄態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線從表 不同稀土加入量高錳鋼鑄態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線我們可以看出高錳鋼拉伸曲線包括彈性變形與均勻塑性變形兩個階段。由于孿晶對位錯的釘扎作用阻止了滑移變形，促成了應(yīng)變誘發(fā)孿晶，從而發(fā)生了機(jī)械孿品誘發(fā)塑性，即 TWIP 效應(yīng)。稀土消除或減少了 MnO 在晶界的分布，必然會使韌性提高。 （2）稀土高錳鋼的鑄態(tài)組織為奧氏體，在基體中存在大量的的碳化物，以強(qiáng)化基體。對于在實驗過程中給予我很多良好建議的各位老師和同學(xué)表示由衷的感謝。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之風(fēng)，平易近人態(tài)度非常令我非常感動，使我受益非淺。從表 可以看出號試樣力學(xué)性能最佳，加入稀土元素一定要適量，一般有個最佳范圍，這在表 中得到驗證，在這個最佳稀土元素含量下，高錳鋼的力學(xué)性能最佳。屈服強(qiáng)度的提高主要歸功于稀土元素原子半徑大，其微量固溶，是晶格畸變。TWIP(Twinning Induced Plasticity) 鋼是一種低層錯能合金，孿生是影響其塑性變形的主要機(jī)制被稱為孿晶誘導(dǎo)塑性鋼。同時，高熔點的RC2，RC，R 2C3 型碳化物成為結(jié)晶核心，增加了結(jié)晶數(shù)量，從而細(xì)化晶粒。 （a）夾雜物呈圓孔狀，亮白色區(qū)域為稀土夾雜物，黑色區(qū)域為縮孔， 三角形狀夾雜物為鈦，沒有固溶于基體。高錳鋼水韌處理后為理想的單一奧氏體組織，由于受生產(chǎn)過程中冷卻速度不足的影響，沿晶界析出少量碳化物，由于水韌處理固溶溫度低，保溫時間短，導(dǎo)致碳化物溶解不完全，而在晶內(nèi)或晶界殘存碳化物。從圖 中對比 1和 2可以看出隨著稀土加入量的增大，高錳鋼晶粒細(xì)化更明顯，碳化物明顯減少，對比 2和 3可以看出晶粒較前者更顯粗大。用光學(xué)顯微鏡觀察組織；如果腐蝕效果不好，重新用砂紙打磨、拋光、腐蝕。保溫時間按照鑄件的壁厚確定，每 25mm 需要保溫 1h。 、 實 驗