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锰钢是一种高强度的钢材,主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件,破坏形式以磨损消耗为主,部分断裂、变形。

简介

锰钢是一种高强度的抗磨钢,主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件,破坏形式以磨损消耗为主,部分断裂、变形。磨损分为三种:金属构件表面间相互接触并运动的摩擦磨损;其它金属或非金属物料打击金属表面的磨料磨损和流动气体或液体与金属接触导致的冲蚀磨损。耐磨钢的耐磨性能取决于材料本身,而抗磨钢则在不同的工况条件下表现出不同的耐磨性,材料本身和工况条件两者才能决定其耐磨性能。
铸造耐磨钢和抗磨钢以奥氏体锰钢为主,在一定的条件下经适当热处理的低合金钢也有很好的效果,石墨钢则用于润滑摩擦的工况条件。
耐磨高锰钢特别适用于冲击磨料磨损和高应力碾碎磨料磨损工况,常用于制造球磨机衬板,锤式破碎机锤头,颚式破碎机颚板,圆锥破碎机轧臼壁、破碎壁,挖掘机斗齿、斗壁,铁道道岔,拖拉机和坦克的履带板等抗冲击、抗磨损的铸件。高锰钢还用于:防弹钢板,保险箱钢板等。
高锰钢是典型的抗磨钢,铸态组织为奥氏体加碳化物。经1000°C左右水淬处理后组织转变为单一的奥氏体或奥氏体加少量碳化物,韧性反而提高,因此称水韧处理。

特点

高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击、挤压条件下,表层迅速发生加工硬化现象,使其在心部仍保持奥氏体良好的韧性和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能。这是其它材料所不及的。但高锰钢的耐磨性只是在具备足以形成加工硬化的条件下才表现出其优越性,其他情况下则很差。
而典型的Mn17耐磨高锰钢是在Mn13钢的基础上增加锰量,提高了奥氏体的稳定性,阻止碳化物的析出,进而可提高钢的强度和塑性,提高钢的加工硬化能力和耐磨性。比如用于北方的ZGMn18铁道叉寿命较ZGMn13提高20%~25%。

用途

锰钢的脾气十分古怪而有趣:如果在钢中加入2.5—3.5%的锰,那么所制得的低锰钢简直脆得象玻璃一样,一敲就碎。然而,如果加入13%以上的锰,制成高锰钢,那么就变得既坚硬又富有韧性。高锰钢加热到淡橙色时,变得十分柔软,很易进行各种加工。另外,它没有磁性,不会被磁铁所吸引。当前,人们大量用锰钢制造钢磨、滚珠轴承、推土机与掘土机的铲斗等经常受磨的构件,以及铁轨、桥梁等。上海新建的文化广场观众厅的屋顶,采用新颖的网架结构,用几千根锰钢钢管焊接而成。在纵76米、横138米的扇形大厅里,中间没有一根柱子。由于用锰钢作为结构材料,非常结实,而且用料比别的钢材省,平均每平方米的屋顶只用45公斤锰钢。1973年兴健的上海体育馆(容纳一万八千人),也同样采用锰钢作为网架屋顶的结构材料。在军事上,用高锰钢制造钢盔、坦克钢甲、穿甲弹的弹头等。炼制锰钢时,是把含锰达60一70%的软锡矿和铁矿一起混合冶炼而成的。
除了锰钢外,锰钢也是重要的锰合金,锰钢含有30%的锰,具有很好的机械强度。由84%的钢、12%的锰和4%的镍组成的“锰加镍”合金(又名锰镍铜齐),它的电阻随温度的改变很小,被用来制造精密的电学仪器。

来历

标准型的Mn13高锰钢又称Hadfield钢,是由英国人Hadfield于1882年发明的。其相关的国家标准和国际标准如下。我国高锰钢铸件的国家标准(GB/T5680-1998)牌号有:ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5;美国ASTM奥氏体锰钢铸件标准(ASTMA128/A128M-1993)钢号有:ASTM-A(UNS-J9110
9)、ASTM-B-1(UNS-J91119)、ASTM-B-2(UNS-J91129)、ASTM-B-3(UNS-J9113
9)、ASTM-B-4(UNS-J91149)、ASTM-C(UNS-J91309)、ASTM-D(UNS-J91459)、ASTM-E-1(UNS-J91249)、ASTM-E-2(UNS-J91339)、ASTM-F(说明:如果用户无其它要求,一般供给钢号A铸件);日本高锰钢铸件国家标准[JISG5131(1991)]牌号有:SCMnH1、SCMnH2、SCMnH3、SCMnH11、SCMnH21;俄罗斯铸造高锰钢标准ΓOCT977-1988钢号有:110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、130Γ14
XMΦAπ、120Γ10Φπ;ISO奥氏体锰钢铸件国际标准[ISO13521:1999(E)]牌号有:GX120MnMo7-1、GX110MnMo13-1、GX100Mn13、GX120Mn13、GX120MnCr13
-2、GX120MnNi13-3、GX120Mn17、GX90MnMo14、GX120MnCr17-2。

工艺

高锰钢由于加工硬化现象,应尽量避免对铸件进行加工。铸件上的孔、槽尽可能铸出。但对高锰钢的加工也并非完全不可能。刀具修整一次进刀加工完的可以进行,不可避免的加工应在铸件工艺设计时放大加工量,以使加工的进刀量避开加工硬化层。
高锰钢重新加热时,在250—800 °C间存在碳化物析出的脆性温度区间,且铸态高锰钢又存在网状碳化物以及铸造应力,因此,焊接性能很差。
高锰钢铸件,应在水韧处理后割冒口或缺陷焊补,焊后应快速冷却。为消除或尽可能减小热影响区,应用小电流,不连续施焊,或边焊边浇水冷却。焊条采用高锰钢焊条或奥氏体不锈钢焊条。若存在加工硬化层,应在焊前去除。

铸造

破碎机又名粉碎机,是一种破碎机械,多用于冶金矿产的破碎粉磨。可与洗选设备、采掘设备组成矿山机械成套生产线,进行矿石的一体化加工生产。破碎机有:颚式破碎机、鄂式破碎机、锤式破碎机、圆锥破碎机、双辊破碎机、对辊破碎机、反击式破碎机、塑料破碎机之分。高锰钢作为典型的抗磨钢,是破碎机中粉碎配件的极好材料。
高锰钢铸件多采用砂型造型工艺方案,砂型铸造由于技术成熟,生产效率高而广为推广。也有采用特种铸造的。特种铸造是指在铸型材料、制型方法、金属液充型形式和金属在型中凝固条件等方面与砂型铸造有显著差别的铸造方法。特种铸造包括:熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、反压铸造、挤压铸造、离心铸造、消失模铸造、石膏型铸造、陶瓷精密型铸造、连续铸造、真空吸铸、细晶铸造、电磁铸造等。
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