爆炸硬化处理对高锰钢冲击磨料磨损行为的影响
发布时间：2021-08-14 01:00
本研究利用爆炸硬化方法对高锰钢进行不同程度的预硬化处理,测试了水韧处理和爆炸硬化高锰钢的冲击磨料磨损行为。通过对比不同冲击功作用下高锰钢的微观组织、硬度和磨损形貌,分析了不同硬化状态高锰钢的耐磨性。研究结果表明,当冲击功为2 J时,高锰钢冲击试样表面达到饱和硬度值的时间随初始硬度增大而缩短,耐磨性随初始硬度增大而提高。当冲击功为4 J时,不同硬化状态高锰钢冲击试样表面达到饱和硬度值的时间基本相同,爆炸硬化一次处理的高锰钢试样获得了最佳的耐磨性。不同冲击功作用下,高锰钢的耐磨性与高锰钢的初始硬度及硬化过程密切相关。
【文章来源】：燕山大学学报. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验相关示意图
图7给出了冲击功为4 J时不同状态高锰钢试样冲击作用10 min后的表面形貌。对于水韧处理高锰钢而言,其磨料磨损试验后的表面主要表现为显微切痕、凿坑和剥落(图7(a)),较深的显微切痕和凿坑会引起较大的磨损失重并导致耐磨性较低[20],因此水韧处理高锰钢试样在4 J冲击功条件下的磨损率最大,耐磨性最差(图4)。经过一次爆炸硬化处理后,高锰钢试样的初始表面硬度较水韧处理状态试样大幅提高,其磨损表面的切痕也变浅(图7(b)),耐磨性有所提高(图4)。当进一步增加爆炸硬化次数后,高锰钢试样的表面硬度提高,磨损表面的显微切痕显著减少,但是由硬化带来的脆化效应,使得爆炸硬化2次和3次的高锰钢试样的磨损表现主要以较大尺寸的疲劳剥落为主(图7(c)和7(d)),这种磨损形貌也会造成磨损性能的降低[20]。因此,在冲击功为4 J时,爆炸硬化1次高锰钢试样的耐磨性最佳,爆炸硬化2次和3次的高锰钢试样次之,水韧处理高锰钢试样最差(图4)。4 结论
图2给出了不同状态高锰钢在冲击磨料磨损试验前位于冲击表面的金相组织照片。从图中可以看出,高锰钢经水韧处理后获得了较为均匀的奥氏体组织状态,其平均晶粒尺寸为179±20 μm,如图2(a)所示。经爆炸硬化处理后,高锰钢的奥氏体晶粒并没有发生明显的变形,但奥氏体晶粒内部出现了大量的变形带结构(图2(b)～2(d)),这是由于在爆炸硬化过程中,瞬间产生的冲击波诱发高锰钢晶粒内部产生了大量的位错和孪晶结构而导致的。随着爆炸硬化次数不断增加,奥氏体晶粒内部变形带的数量不断增多。图3给出了不同状态高锰钢试样在冲击磨料磨损试验前的截面硬度分布情况。从图中可以看出,高锰钢经水韧处理后,其基体硬度约为225 HV。经过爆炸硬化处理后,高锰钢试样的硬度升高,并且随着爆炸硬化次数的增加,高锰钢的硬化程度越高。经1次爆炸硬化处理后,高锰钢冲击试样的表面硬度为321 HV,在深度为5 mm的范围内,硬度下降较快,当深度超过5 mm后,硬度降低逐渐趋于平缓。在距离冲击表面20 mm的位置,爆炸硬化1次试样的硬度接近基体硬度。爆炸硬化2次处理后,高锰钢冲击试样的表面硬度增大到409 HV,其硬度变化趋势与爆炸硬化1次试样相近,在距离冲击表面20 mm的深度处,硬度值为260 HV。当爆炸硬化次数增加到3次时,高锰钢冲击试样的表面硬度值进一步增大至432 HV,虽然表面硬度较爆炸硬化2次的试样升高不多,但其硬度降低趋势更为平缓,并且,在距离冲击表面20 mm的深度处,其硬度高达314 HV。在爆炸硬化过程中,爆炸产生的冲击波作用在高锰钢基体上,并诱发产生大量位错和孪晶,从而引起硬化效应[15-16]。因此,随着爆炸次数的增多,高锰钢的表面硬度不断升高,这与图2高锰钢中变形带数量随爆炸次数增加而增多的趋势是一致的。值得注意的是,3种爆炸硬化试样的硬度测试起点为冲击表面,即图1中的圆弧最低点,而非爆炸硬化表面,因此,截面硬度分布较直接爆炸硬化处理后的高锰钢更加缓和[15]。
本文编号：3341443
【文章来源】：燕山大学学报. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验相关示意图
图7给出了冲击功为4 J时不同状态高锰钢试样冲击作用10 min后的表面形貌。对于水韧处理高锰钢而言,其磨料磨损试验后的表面主要表现为显微切痕、凿坑和剥落(图7(a)),较深的显微切痕和凿坑会引起较大的磨损失重并导致耐磨性较低[20],因此水韧处理高锰钢试样在4 J冲击功条件下的磨损率最大,耐磨性最差(图4)。经过一次爆炸硬化处理后,高锰钢试样的初始表面硬度较水韧处理状态试样大幅提高,其磨损表面的切痕也变浅(图7(b)),耐磨性有所提高(图4)。当进一步增加爆炸硬化次数后,高锰钢试样的表面硬度提高,磨损表面的显微切痕显著减少,但是由硬化带来的脆化效应,使得爆炸硬化2次和3次的高锰钢试样的磨损表现主要以较大尺寸的疲劳剥落为主(图7(c)和7(d)),这种磨损形貌也会造成磨损性能的降低[20]。因此,在冲击功为4 J时,爆炸硬化1次高锰钢试样的耐磨性最佳,爆炸硬化2次和3次的高锰钢试样次之,水韧处理高锰钢试样最差(图4)。4 结论
图2给出了不同状态高锰钢在冲击磨料磨损试验前位于冲击表面的金相组织照片。从图中可以看出,高锰钢经水韧处理后获得了较为均匀的奥氏体组织状态,其平均晶粒尺寸为179±20 μm,如图2(a)所示。经爆炸硬化处理后,高锰钢的奥氏体晶粒并没有发生明显的变形,但奥氏体晶粒内部出现了大量的变形带结构(图2(b)～2(d)),这是由于在爆炸硬化过程中,瞬间产生的冲击波诱发高锰钢晶粒内部产生了大量的位错和孪晶结构而导致的。随着爆炸硬化次数不断增加,奥氏体晶粒内部变形带的数量不断增多。图3给出了不同状态高锰钢试样在冲击磨料磨损试验前的截面硬度分布情况。从图中可以看出,高锰钢经水韧处理后,其基体硬度约为225 HV。经过爆炸硬化处理后,高锰钢试样的硬度升高,并且随着爆炸硬化次数的增加,高锰钢的硬化程度越高。经1次爆炸硬化处理后,高锰钢冲击试样的表面硬度为321 HV,在深度为5 mm的范围内,硬度下降较快,当深度超过5 mm后,硬度降低逐渐趋于平缓。在距离冲击表面20 mm的位置,爆炸硬化1次试样的硬度接近基体硬度。爆炸硬化2次处理后,高锰钢冲击试样的表面硬度增大到409 HV,其硬度变化趋势与爆炸硬化1次试样相近,在距离冲击表面20 mm的深度处,硬度值为260 HV。当爆炸硬化次数增加到3次时,高锰钢冲击试样的表面硬度值进一步增大至432 HV,虽然表面硬度较爆炸硬化2次的试样升高不多,但其硬度降低趋势更为平缓,并且,在距离冲击表面20 mm的深度处,其硬度高达314 HV。在爆炸硬化过程中,爆炸产生的冲击波作用在高锰钢基体上,并诱发产生大量位错和孪晶,从而引起硬化效应[15-16]。因此,随着爆炸次数的增多,高锰钢的表面硬度不断升高,这与图2高锰钢中变形带数量随爆炸次数增加而增多的趋势是一致的。值得注意的是,3种爆炸硬化试样的硬度测试起点为冲击表面,即图1中的圆弧最低点,而非爆炸硬化表面,因此,截面硬度分布较直接爆炸硬化处理后的高锰钢更加缓和[15]。
本文编号：3341443
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