鞍山【钢管内抛机】高锰钢在喷丸条件下的应变硬化-应变高锰钢

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高锰钢作为传统的耐磨材料，在重载和大冲击磨损下具有高韧性和良好的耐磨性，广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电子、煤炭等机械设备，如破碎机锤头、齿板、砂浆墙、挖掘机铲斗、球磨机衬板、铁路辙叉等。关于高锰钢的应变硬化，前人已经提出了许多应变硬化机制。变形造成的！或“马氏体相变[1]、孪晶硬化[2]、位错硬化[3 ~ 4]、应变时效实验用的高锰钢在150kg中频感应炉中熔炼，达到一定的液体过热温度后出炉，浇铸成龙骨试块。化学成分(wt%)为:1.15C，12.5Mn，0.90Si，0.05S，0.09P，其余为Fe和少量其他残留元素。试样在1050℃加热2小时，水淬后获得单相奥氏体组织，晶粒尺寸约为100 ~ 200 μ m，喷丸试样尺寸为40mm×75mm，喷丸采用气动S170R喷丸机。喷丸工艺的主要参数为:气压0.18MPa，直径0.2mm的30球铸钢丸，喷射角度85°，喷射距离130mm，喷丸流速7kg/min，喷丸处理时间60min。等。这些结果是在拉伸或低能冲击的条件下获得的。另外，文献[6 ~ 8]的作者发现，在冲击磨损条件下，高锰钢表面可以形成纳米晶和非晶。

本文旨在观察高锰钢在喷丸过程中的变形过程，并在前人研究的基础上探讨其应变硬化机制。

1.【钢管内抛机】实验方法

[5]

用JEM-200CX透射电子显微镜(TEM)和JEM-3010高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观察喷丸表层的显微组织。用MH-5显微硬度计测量样品的显微硬度。施加的载荷为0.49N，加载时间为10s。

2.【钢管内抛机】实验结果及讨论。

这是喷丸样品横截面的光学显微结构照片。在地表以下约30微米的深度范围内，变形的滑移线非常明显，表明发生了严重的塑性变形。

为了测量喷丸试样的硬度沿厚度方向的变化，可以看出喷丸后试样表面的硬度明显升高，随着深度的增加逐渐降低。与显微结构不变的基体相比，试样表面的硬度提高了一倍以上。

在外载荷作用下，离表面约200微米的奥氏体粗晶内首先产生大量位错，且位错分布局部不均匀。由于应变和应变速率的进一步增加，不同的孪晶系统相互传递，将晶粒分割成亚微米到微米大小的碎片。在极高的应变和应变速率条件下，已经形成了等轴纳米晶体。晶粒细化到3 ~ 8 nm，晶粒尺寸非常均匀。SAED表明在纳米颗粒之间有大角度的晶界。SEAD的衍射环来自奥氏体相，表明喷丸过程中没有发生马氏体相变。

在靠近无应变基体的过渡层(200μm深)中，应变较小，首先导致位错增殖和滑移。除了位错滑移，机械孪晶是另一种塑性变形方式。随着应变和应变速率的增加，位错密度不断增加。当位错滑移和交叉滑移受阻时，特别是晶体相对于外力的取向不利于滑移时，就会产生应力集中。当应力集中达到孪晶变形的临界剪应力时，将通过肖克莱不完全位错(1/6

3.【钢管内抛机】结论

(1)采用传统喷丸工艺可以在高锰钢表面获得一定厚度的纳米晶结构表层。从表面到大约20 μ m的深度形成奈奈美晶体

(2)奥氏体粗晶中位错缠结通过位错增殖、湮灭和重组逐渐过渡到位错胞。在位错运动和机械孪晶的反复作用下，Zzui终形成随机取向的等轴纳米晶结构。

(3)喷丸处理明显强化了高锰钢表层。随着层深的减小，硬度急剧增加。试样表层的加工硬化主要是由于晶粒细化、位错硬化和孪晶硬化，而与相变硬化无关。

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