耐磨钢热处理工艺及特点分析

耐磨钢是广泛使用在各种磨损服役条件的钢种，牌号多而复杂。耐磨钢主要有耐磨高锰钢（Mn13系列耐磨高锰钢、Mn13基础上增加Mn含量得到的Mn17耐磨高锰钢）、耐磨中锰钢[w（C）=1.0%～1.4%，w（Mn）=5%～9%]、耐磨中铬钢[w（C）=0.2%～0.7%，w（Cr）=3.8%～6.0%]、石墨钢等。这里主要介绍典型的Mn13系列耐磨高锰钢的热处理工艺及特点。

Mn13系列耐磨高锰钢的热处理工艺包括水韧处理（固溶处理）、弥散强化处理、细化晶粒热处理、铸态余热水韧处理。

1.水韧处理

高锰钢加热时应该注意以下几点：

1）对于大件、复杂件，入炉温度应低于400℃；对于壁厚小于50mm、形状简单的铸件，入炉温度可以为600℃；对于壁厚小的铸件，入炉温度可以达到700℃。

2）升温速度控制在35～50℃/h，装炉量比较多时，升温速度可以控制在80～100℃/h。

3）升温过程中一般需要在650～700℃区间保温1～3h。但是对于形状简单、小型铸件可以取消低温均热，在800℃左右等温0.5h即可。

奥氏体化温度一般为1050～1100℃，不要超出1100℃，以防止晶粒粗大。保温时间一般为2～8h，最大不要超过8h。普通高锰钢的保温经验公式：

t=0.016δ×1.27[w（C）+w（Si）] （6-2）

式中t——奥氏体化保温时间（h）；

δ——铸件主体或最大壁厚（mm）；

w（C）、w（Si）——钢中C、Si的质量分数（%）。

在奥氏体化完成后，出炉固溶冷却时需要注意确保铸件温度高于960℃进入冷却水中。冷却水量应该足够，一般为一次水韧铸件重量的8～10倍，冷却水温度在30℃以下，固溶冷却完成后的水温不能超出60℃。

不同壁厚高锰钢铸件水韧处理工艺参数见表6-9。(www.xing528.com)

表6-9 不同壁厚高锰钢铸件水韧处理工艺参数

（续）

注：t₃是指电阻炉加热的保温时间，t₄是出炉到入水时间，一般小于0.5min。

2.弥散强化热处理

弥散强化是指在基体上弥散分布硬质点强化相。经水韧处理后的高锰钢，其组织为单一奥氏体，进行加热时效，就可使奥氏体中弥散析出碳化物。时效加热温度为350℃，时效时间一般为3～4h。

3.细化晶粒热处理

铸态高锰钢加热到550～600℃温度区间，部分奥氏体转变成珠光体。当温度超过Ac₁点，珠光体晶团转变为奥氏体，即发生奥氏体的重结晶，达到细化晶粒目的。

细化晶粒热处理是将铸件在400℃以下装炉，升温到550℃保温3h；升温至650℃保温1～2h，再继续升温到1020～1050℃保温，进行水韧处理。高锰钢在1050℃下即开始奥氏体晶粒长大，为获得细晶粒，水韧温度不能超过1050℃。采用这种热处理工艺，奥氏体晶粒度可细化1～2级。

4.铸态余热水韧处理

铸态余热水韧处理是在铸件凝固后冷却至960℃以上直接入水进行固溶处理，得到单一的奥氏体组织。铸件平均壁厚为30～40mm，浇注12～17min后入水；平均壁厚为50～60mm，浇注28～38min后入水。

铸态余热水韧处理适宜简单件，如球磨机衬板、格子板、破碎机齿板、锤头等。厚壁件、复杂件不宜在铸态下直接进行水韧处理。