【鋼管（guǎn）內拋機】高（gāo）錳鋼（gāng）在噴丸條（tiáo）件下的（de）應（yīng）變硬化

【鋼（gāng）管內拋機】高錳鋼作為一種傳統（tǒng）的耐磨材料,在重載、大衝擊磨損條件下,韌性高、耐（nài）磨性好,廣泛應用於冶金、礦山、建材（cái）、鐵（tiě）路、電子（zǐ）、煤炭等機械裝備中,如破碎機錘頭、齒板、軋臼壁、挖掘機鬥齒、球磨機襯板、鐵（tiě）路轍叉等。關於高錳鋼的應變硬化,前人提出過多種應變（biàn）硬化機（jī）理。變（biàn）形引起!或"馬（mǎ）氏（shì）體轉（zhuǎn）變[1]、孿晶硬化[2]位錯硬化[3～4]應變時效[5]等（děng）。這些結果是在拉伸或小能量衝擊條件下得到的。此外,文獻[6～8]作者發（fā）現,在衝擊磨損條件下,高錳鋼表麵能夠形成納米晶及非晶。

本文旨在前人的研究基（jī）礎上（shàng）,觀察高錳（měng）鋼在噴丸條件下的變形過程,探討其應變硬化（huà）機（jī）理。

1、【鋼管內拋機】實驗方法

試驗采用的高錳鋼在150kg中頻感（gǎn）應電爐內熔煉,在達到一定的液態過熱溫度後出爐,澆注成Keel試塊。化學成分(wt%)為:1.15C、12.5Mn、0.90Si、0.05S、0.09P,其餘為Fe及少量其它殘存元素（sù）。試樣經（jīng）1050℃加熱保溫2h,水淬後獲（huò）得單相（xiàng）奧（ào）氏體組織,晶粒尺寸大約100～200μm。噴丸樣品尺寸為40mm×75mm,采用氣動式S170R噴丸機進行噴丸處理,噴丸工藝（yì）的主要（yào）參（cān）數（shù）為:空氣壓力0.18MPa、直徑0.2mm的鑄鋼30球型彈丸、噴射角85°、噴（pēn）射距離130mm、彈丸（wán）流量7kg/min、噴丸處（chù）理時間（jiān）60min。

利用JEM-200CX透射電鏡(TEM)和JEM-3010型高分辨透射電（diàn）子顯微鏡(HRTEM)觀測樣（yàng）品噴丸表層的微觀組織。用MH-5顯微硬度測量儀測試（shì）樣品的顯（xiǎn）微硬（yìng）度,施加的載荷為0.49N,加載時間為10s。

2、【鋼管內拋機】實驗結（jié）果及討論

為（wéi）噴丸樣品橫截麵光（guāng）學顯微組織（zhī）照片。表（biǎo）麵以下約 30 μm 的深度範圍內, 變形的（de）滑移（yí）線非常明顯, 說明已發生了嚴重的塑（sù）性（xìng）變形。

為噴丸樣品的硬度（dù）沿厚度方向變化測量結果, 可以看（kàn）出, 噴丸處理（lǐ）後樣品（pǐn）表麵（miàn）的硬度明顯增大, 並隨著深度的（de）增加而逐漸減小, 與顯微組織未發生變化的（de）基體相比（bǐ）, 樣品表麵硬（yìng）度提高一倍以上。

在（zài）外（wài）加載（zǎi）荷的作用下, 在距離表（biǎo）麵大約 200 μm 處的奧氏體粗晶（jīng）內首先產生大量的位錯, 且位錯分（fèn）布局部不均勻。 由於應變和應變速率的進一步增加, 不同孿（luán）晶係（xì）相互交割將晶粒分割成亞 μm 至 μm級的小塊（kuài）。在極高（gāo）的應變（biàn）及應變速率條件下, 等（děng）軸狀（zhuàng）納米晶已形成。晶粒尺寸細化至 3～8 nm, 晶粒的（de）大小非常（cháng）均勻。SAED 表明納米晶粒之間為大角度晶界。且SEAD的衍射環來自奧氏體相,表明噴丸處理過程中沒有發生馬氏體轉變。

在臨（lín）近無應變基體的過（guò）渡層(層深200μm) , 較少的應變量, 首先導致了（le）位（wèi）錯的增殖和（hé）滑移。除了位錯滑移, 機械孿生是另一種塑性變形方式。隨著應（yīng）變和應變速率的增加位錯密度不斷增加, 當位錯滑移（yí）及交滑移受阻, 特別是當晶體（tǐ）相對於外力（lì）的取向不利於滑（huá）移時, 則產生應力集中, 當應力集中達到發生孿（luán）生變形的臨界（jiè）剪切應力時, 將通過 Shockley 不全位錯( 1/6<112>) 運動形成（chéng）機械孿晶[9]高錳鋼在應（yīng）變和應變速率稍大的表麵附近, 也存（cún）在孿生變形( 見圖 5) 。 噴丸樣品沒有發（fā）現馬氏體產生。因（yīn）此可以確定樣品硬度（dù）顯著提高主要是由於表層晶粒細化、位錯密（mì）度的增加及（jí）孿（luán）晶。

3、【鋼管內拋機】結論

( 1) 利用傳統噴丸處理工藝可以在高（gāo）錳鋼上獲得一定厚度的納米晶結構表層。由表麵到約20μm深度形成納納（nà）米晶。

( 2) 奧氏體粗晶內部通過位錯增殖、湮滅和重組, 位錯纏結逐漸向位錯胞過渡。晶粒（lì）在位錯運動和機械孿生的重複作用下, 最終形成等軸狀、取向呈隨機（jī）分布的納米晶組（zǔ）織。

( 3) 噴丸處理高錳鋼表層明顯強化。 隨層深（shēn）的減（jiǎn）小硬度急劇增加。樣品表層的加工硬化主（zhǔ）要是由於晶粒細化、位（wèi）錯硬化和孿晶硬化, 而與相變（biàn）硬化無關。