[發明專利]耐磨高錳鋼制件的加工工藝

有效

• 申請號: 201210144694.7
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102644019A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 丁志敏;趙瑞榮;左麗麗;趙晶;李寶良;李麗
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C21D8/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 陳紅燕

技術領域

本發明屬于耐磨材料的機械加工領域，尤其涉及生產耐磨高錳鋼制件的加工工藝。

背景技術

以ZGMn13鋼（其化學成分大致為0.9～1.2%C，11～14%Mn，0.3～0.6%Si，≤0.04%S，≤0.07%P）為代表的耐磨高錳鋼，通常是在其制件整體經過1000℃溫度左右的水韌處理后得到單相奧氏體的組織狀態下來使用的。由于表層的奧氏體組織在強烈的沖擊載荷或接觸應力作用下，能夠迅速產生加工硬化而使表層硬度急劇升高，從而使耐磨高錳鋼具有了優異的耐磨性能。外加沖擊載荷越大，其表層自身的硬化效果就越好。在外加載荷持續作用下，雖然表層硬化層將不斷地磨耗掉，但次表層的奧氏體將會連續不斷地形成新的加工硬化層，從而保證高錳鋼在使用過程中一直保持著高的耐磨性能。并且，耐磨高錳鋼在表層硬度得到提高的同時，其內部仍為具有良好韌性的奧氏體。因此，經水韌處理后的耐磨高錳鋼在具有優異耐磨性的同時，還能承受較大的沖擊載荷而不破裂。耐磨高錳鋼的這一特殊性使其在冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機械裝備中，如破碎機錘頭、齒板、軋臼壁、挖壁機斗齒、球磨機襯板、鐵路道岔等中長期得以廣泛地應用。

近幾年，公開號為CN1745963的《高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法》和公開號為CN101074469的《鍛造(軋制)耐磨奧氏體高錳鋼及其制造工藝》的中國專利（申請）開發出了鍛造（軋制）耐磨高錳鋼的工藝和相關的產品。但盡管如此，耐磨高錳鋼制件大多數還是以經過機械加工后的鑄造件的形式來使用的。其加工工序為：鑄造成型-→鑄件澆冒口、飛邊毛刺的切割—→水韌處理—→機械粗加工、精加工—→成品。

其中，鑄件澆冒口、飛邊毛刺的切割，特別是澆冒口的切割基本上采用的是氧+乙炔火焰切割等方式的熱切割。由于火焰切割是利用氧化鐵燃燒過程中產生的高溫來進行切割的，以及耐磨高錳鋼本身的導熱性低、熱膨脹系數大、鑄態組織中存在有大量網狀碳化物、性能很脆等，而很容易使高錳鋼在鑄態切割時極易開裂，而使切割的生產過程出現了一系列的問題和困難。若采用高錳鋼鑄件在水韌處理后再進行火焰切割的方式進行澆冒口的切割，一方面，將增加制件的生產工序，增加生產成本；并且另一方面，雖然耐磨高錳鋼水韌處理后的塑性、韌性大為提高，但切割時的受熱又會使碳化物析出，而使高錳鋼在切口附近的化學成分、組織和性能將發生較大的變化，也將使鋼變脆，易于開裂。通常，切割之后在耐磨高錳鋼鑄件的表面上常常會出現深度不超過5mm的網狀裂紋。即使當時切割后高錳鋼的表面沒有顯現出裂紋，或者采用將鑄件預熱到300～800℃熱狀態下切割的方式進行切割后，其表面沒有顯現出裂紋，但切割之后的鑄件若經1050℃的水韌處理后，其裂紋均將在切口處顯露出來。可見，高錳鋼的切割是較難的。目前，耐磨高錳鋼澆冒口的切割一般采用的是①將鑄件浸在水中對外露的冒口進行切割；②鑄件在鑄造澆注成型后的冷卻過程中當溫度處于500～700℃時進行熱切割；③在水韌處理的加熱過程中當鑄件的溫度處于500～700℃時進行熱切割之后，再立刻將鑄件放入爐中繼續升溫準備水韌處理等某一種方式來進行切割。由此可以看出，目前這幾種耐磨高錳鋼鑄件的切割方式在操作工藝和設備上均顯得極為為復雜，而且，若操作不當，仍將會在鑄件上出現裂紋。

除了耐磨高錳鋼鑄件在切割加工的過程中存在有較大的困難之外，而且還由于耐磨高錳鋼經過水韌處理后所獲得的單相奧氏體組織具有非常高的形變強化能力，而使得高錳鋼在機械加工過程中，在切削刀具的作用下，其表層的切削部位會迅速產生加工硬化，而使切削加工性能急劇降低，導致了材料很難進一步切削加工。而且，還具有加工效率低，刀具壽命短，刀具材料消耗嚴重，加工成本高等問題的存在。雖然隨著近幾十年來刀具材料的迅速發展，如硬質合金刀具以及新型的復合材料陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具等在生產中的應用，以及人們已經從選擇先進的刀具材料和優化切削加工條件、磁化切削、低溫切削、加熱切削、整體加熱進行高溫回火處理等方面開展了廣泛深入的研究，并取得了許多研究成果，使得耐磨高錳鋼的切削加工性能和加工效率有了較大的提高。但即使是這樣，由于表面形變強化的影響使得經機械加工之后的耐磨高錳鋼表面具有了一層高硬度的硬化層，使得每次機械加工時的加工深度要大于硬化層的厚度。而這個加工深度，對于高錳鋼的粗加工來說可能是不存在問題的。但對于后續緊接著的半精加工、精加工工序來說，由于其加工深度較小，其加工的部位通常為粗加工過后的已經產生了硬化的表層，這樣一來，將使得精加工過程中刀具的磨耗量增加，生產效率降低。

發明內容