【正文】 點(diǎn)高，如 CeC2 熔點(diǎn)高于 2300℃，PrC 2熔點(diǎn)高于 2200℃，NdC 2熔點(diǎn)高于 2022℃。 強(qiáng) 化 作 用（a）晶界強(qiáng)化由于稀土元素的化學(xué)性質(zhì)異?；顫姡脱?，硫有很大的親和力，它能奪取鋼中的氧化物和硫化物中的氧和硫形成稀土化合物，這種化合物能夠從鋼液中大量上浮排除，使鋼液凈化。（b）固溶強(qiáng)化稀土對高錳鋼的固溶強(qiáng)化，是利用其原子半徑與鐵的原子半徑不同，產(chǎn)生晶格畸變，提高對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力而達(dá)到的。稀土元素在高錳鋼中有一定的固溶量，并隨殘余總量的增加，其固溶量也增加，最高可達(dá) 20%～30%。這也是稀土固溶強(qiáng)化高錳鋼的一個(gè)原因。電鏡觀察表明，鋼中有一定量（幾十到幾百納米）的稀土質(zhì)點(diǎn)。稀土元素在高錳鋼中不僅由于上述諸方面的強(qiáng)化作用，而且由于它的原子半徑比鐵大很多，因此它溶于奧氏體中的結(jié)果，必須提高其原始顯微硬度，從而強(qiáng)化晶體和增加基體的硬化能力，提高 ZGMn13 鋼奧氏體加工硬化程度。因此，堅(jiān)硬的硬化層緊緊地連接在軟韌的奧氏體基體上，可有效地提高鑄件反復(fù)彎曲疲勞強(qiáng)度和防止沖擊負(fù)荷下剝落磨損。它們與普通高錳鋼的冶煉方法基本相同。（6）最后一批礦石加入 5min 后攪拌，待碳合乎要求后，加錳鐵調(diào)整碳的成分，是鋼液中錳含量達(dá)到 %以上；（7）清潔沸騰后 3～5min 攪拌，取樣分析[C],[Mn],[P],并使[P]%。石灰：螢石=1：1，并加%SiFe,1%MnFe。石灰：螢石：碳粉：硅鐵粉=4：1：：1，使形成弱電石渣，并關(guān)閉爐門 15min 左右，攪拌取樣分析[C],[Si],[Mn],[P]。(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。 稀 土 高 錳 鋼 的 水 韌 處 理它與一般高錳鋼大體相同。選擇最高固溶溫度 1080177。水池容量為鑄件質(zhì)量的 10 倍以上。改善水韌作用。為此，廣大冶金工作者探索出了多種稀土合金在鋼中的加入方法。一般生產(chǎn)高錳鋼鑄件的稀土加入方法，通常以稀土硅合金形式，用專用設(shè)備加入鋼包中，力求避免和鋼渣接觸，且在加稀土?xí)r（即冶煉末期，出鋼前）必須對鋼液強(qiáng)化終脫氧，添加適量的覆蓋渣；提出出鋼溫度（應(yīng)比正常出鋼溫度高 20～30℃） ；在高錳鋼中甲稀土硅合金按鋼液質(zhì)量的 %～%為合適；將稀土破碎成 30～60mm 小塊，裝于鋼筋焊制的小筐內(nèi)加入 [2]。（2）分析比較加稀土高錳鋼的夾雜物和組織形態(tài)。（4）研究稀土元素 Ce，La 對高錳鋼夾雜物的影響機(jī)理。第 二 章 、 實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容實(shí)驗(yàn)以高錳鋼為原料，鈰(Ce)和鑭（La）為稀土添加劑，按含量的不同分組，并給予一定的熱處理。 、 實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 備DK77 電火花數(shù)控線切割機(jī)床（Mo 絲切割機(jī)） ，砂輪機(jī)，砂紙，拋光機(jī)，ZEISS 蔡司金相顯微鏡，QUANTA 400 型環(huán)境掃描電子顯微鏡（SEM ） ，萬能材料沖擊試驗(yàn)機(jī) WDW200D 電子式萬能試驗(yàn)機(jī)等。具體成分表如下：序號 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Al Ti V稀土硅鐵加入量（kg/t）處理態(tài)1 鑄態(tài)2 3 水韌態(tài)3 鑄態(tài)4 5 水韌態(tài)5 鑄態(tài)6 7 水韌態(tài)表 高錳鋼加稀土試驗(yàn)化學(xué)成分表（ %）、 實(shí) 驗(yàn) 方 案 ： 實(shí) 驗(yàn) 準(zhǔn) 備、 實(shí) 驗(yàn) 材 料實(shí)驗(yàn)材料選用高錳鋼，由山西太鋼集團(tuán)公司提供。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(shí)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。水韌處理的溫度通常是 1050℃～1100℃。保溫時(shí)間按照鑄件的壁厚確定，每 25mm 需要保溫 1h。圖 高錳鋼水韌處理示意圖、 切 割采用 DK77 系列電火花鉬絲切割機(jī)，將試樣分別切割成 10mm10mm5mm 的試樣用于做拍攝金相照片觀察顯微組織。、 磨 樣 、 拋 光 與 腐 蝕用 12400、600、800五張砂紙逐步磨樣。腐蝕時(shí)間為 5～10 秒，然后用酒精沖洗，電吹風(fēng)吹干。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。、 掃 描 電 鏡 （ SEM） 觀 察掃描電子顯微鏡的二次電子一般都是在表層 5~10nm 深度范圍內(nèi)發(fā)射出來的，它對樣品的比表面形貌十分敏感，因此，能非常有效地顯示樣品的表面形貌，把未腐蝕的六個(gè)樣品進(jìn)行掃描電鏡觀察以進(jìn)一步確定高錳鋼中的夾雜物，斷口以及試樣的表面形貌。試驗(yàn)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。第 三 章 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 分 析、 組 織 分 析不同稀土加入量的高錳鋼將經(jīng)過水韌處理后試樣和未經(jīng)熱水韌理試樣，磨樣拋光，用 4%硝酸酒精腐蝕，在蔡氏光學(xué)顯微鏡下觀察其組織。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。從圖 對比 1和 2可以看出隨著稀土加入量的增大，晶界碳化物數(shù)量減少，晶內(nèi)碳化物形狀為不連續(xù)的團(tuán)塊狀。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。圖 中可以清晰地看到片狀珠光體。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(shí)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。在經(jīng)過了水韌處理后，在高錳鋼中依然有少量碳化物沒有溶于基體。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。、 夾 雜 物 分 析 圖 相同稀土加入量不同熱處理狀態(tài)高猛鋼的夾雜物 500 倍掃描照片圖 為相同稀土加入量不同熱處理狀態(tài)高猛鋼的夾雜物 500 倍掃描照片，1，3，5分別為加入稀土硅鐵合金為 %,%,%的鑄態(tài)高錳鋼，2，4，6分別為加入稀土硅鐵合金 % ,%, %的水韌態(tài)高錳鋼。 （a）夾雜物呈圓孔狀，亮白色區(qū)域?yàn)橄⊥翃A雜物，黑色區(qū)域?yàn)榭s孔， 三角形狀?yuàn)A雜物為鈦，沒有固溶于基體。 稀土氧化物 稀土氧化物與疏松伴隨 圖 稀土夾雜物的形態(tài)分布及稀土夾雜物元素而分布圖鋁，鈦與稀土這些元素都在一定程度上具有脫氧，脫硫，形成氮化物和碳氮化物等作用。Al2O3 的復(fù)合夾雜。加入稀土后非金屬夾雜物 MnO, 、鐵錳硅酸鹽等的熔點(diǎn)提高。同時(shí)，高熔點(diǎn)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。為了均勻夾雜物控制其尺寸不超標(biāo)就要控制稀土元素的加入量及加入方式使雜質(zhì)元素不過分集中在一個(gè)晶核上，采取措施使其多處形核，彌散分布，使其不能聚集長大。、 拉 伸 沖 擊 實(shí) 驗(yàn) 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(gè)階段。達(dá)到最高強(qiáng)度后馬上失效,基本無頸縮,這種現(xiàn)象取決于高錳鋼的變形機(jī)制:TRIP2TWIP 效應(yīng)。TWIP(Twinning Induced Plasticity) 鋼是一種低層錯(cuò)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。由于 TWIP 鋼具有穩(wěn)定的奧氏體組織和低的層錯(cuò)能，因而其變形機(jī)制以孿生為主。由于孿晶對位錯(cuò)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)。另一方面，孿生變形通過改變晶體位向?yàn)槲幌虿焕螂y滑移的滑移系的運(yùn)動(dòng)提供了可能，孿生變形增加了塑性變形方式，更利于基體金屬均勻變形，而目孿生本身也有一定的塑性形變量，故孿生變形對基體金屬塑性的增加有著積極的作用，推遲頸縮的形成，極大提高了斷后仲長率。屈服強(qiáng)度的提高主要?dú)w功于稀土元素原子半徑大，其微量固溶，是晶格畸變。由于晶粒細(xì)化，晶界增多，加上鋼液被凈化，夾雜分布改善，使晶界夾雜物數(shù)量明顯減少，少量的細(xì)小的圓粒狀?yuàn)A雜彌散分布于奧氏體晶內(nèi)，使夾雜對沖擊韌性的危害降低到最低程度。稀土消除或減少了 MnO 在晶界的分布，必然會(huì)使韌性提高。稀土加入，降低了層錯(cuò)能，層錯(cuò)能的降低必然促使大量孿晶形成，大量的孿晶變形使全位錯(cuò)和不全位錯(cuò)在共格的孿晶面上受阻。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(gè)最佳范圍，這在表 中得到驗(yàn)證，在這個(gè)最佳稀土元素含量下，高錳鋼的力學(xué)性能最佳。 圖 5 晶界析出的網(wǎng)狀碳化物 圖 6 晶界析出的魚針狀碳化物為進(jìn)一步判定碳化物的形態(tài)及明確碳化物的性質(zhì)，對浸蝕后的金相試樣進(jìn)行掃描分析，用 WDS 判定晶界析出物為網(wǎng)狀碳化物，晶內(nèi)的析出物為針狀碳化物。 （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。（3）稀土能有效地改善高錳鋼的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等綜合力學(xué)性能，當(dāng)稀土硅鐵加入量為 %，高錳鋼達(dá)到最佳綜合力學(xué)性能。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(dòng)，使我受益非淺。對于在實(shí)驗(yàn)過程中，給予我大力支持的實(shí)驗(yàn)王玉芬老師、任慧平老師、趙勇桃老師、孫昊老師和馮佃臣老師表示由衷的感謝。對于在實(shí)驗(yàn)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