高錳鋼發(fā)明之初的化學(xué)成份是C：1.0％～ 1.4％，Mn：10％～14％。國內(nèi)外在試驗研究中曾添加合金成份 Cr、Ni、V等企圖提高屈服強度和硬度，也有的加Ti、Al等促進晶粒細(xì)化。我們的履帶板、前后導(dǎo)輪等鑄件用材就需要這樣。但不管合金成份如何變化，必須控制在一定的范圍內(nèi)才能起到好的作用。這些作用是以提高高錳鋼性能為主要目的，對控制裂紋并不明顯。研究標(biāo)準(zhǔn)成份高錳鋼的各元素對裂紋的影響能得到理想的效果。碳、錳是高錳鋼的主要成分，正常情況下高錳鋼的組織是奧氏體單相。在含碳量偏低時易形成馬氏體和8相 (密排六方體)。在含碳量高時。水韌處理狀態(tài)下不能避免碳化物析出，還會降低鋼的性能。較高的含碳量可提高屈服點，但會降低延伸性。含碳量低而含錳量高的鋼具有高韌性，對高錳鋼的碳含量在保證性能的前提下盡可能控制在中下限。錳含量控制在中上限。最好保持在狹小范圍內(nèi)，防止碳化物析出，避免造成延伸性和韌性降低而產(chǎn)生裂紋。硅含量一般在 1．0％以下，它對錳鋼的機械性能沒有顯著影響，超過1.0％并逐漸增大時，強度和延伸性會劇烈下降。生產(chǎn)中硅含量都比較低。錳鋼中含硫量較低，因為硫易和錳化合成硫化錳大部分進入爐渣中。鋼中殘留少量的硫化物成為非金屬夾雜物存在，它對鋼的性能影響極微，可忽略不計。磷含量在 0．06％以上時，延伸性急劇下降，易引起鑄件熱裂紋產(chǎn)生。生產(chǎn)時要控制磷含量。化學(xué)成份及其含量與機械性能密不可分。在滿足性能的成份范圍內(nèi)，有時制造就很困難，因此生產(chǎn)時應(yīng)考慮其兼顧性。這樣可避免因成份上的差異而產(chǎn)生裂紋。
鑄造工藝是保證高錳鋼鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵。編制這種鋼的工藝時主要考慮避免裂紋生成。影響裂紋產(chǎn)生的主要因素有：鑄件結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、澆冒口設(shè)置、型芯結(jié)構(gòu)形式、澆注溫度等。高錳鋼鑄件結(jié)構(gòu)形式應(yīng)在保證使用的前提下盡可能使相連接壁的厚差最小。避免因溫差大產(chǎn)生收縮應(yīng)力出現(xiàn)裂紋。雖然有的件壁厚差合理，但設(shè)計厚度值過大，在冷卻速度慢時碳化物析出多，受收縮應(yīng)力影響也會出現(xiàn)裂紋。設(shè)計結(jié)構(gòu)無法改變時，工藝編制就要考慮鋼水冶煉時加一些能細(xì)化晶粒的元素，增加型芯的退讓性。其它結(jié)構(gòu)問題應(yīng)視情況而定，如增大圓角、加過渡壁、拉筋等。高錳鋼的收縮率比普碳鋼、合金鋼高。鑄造的毛坯在水韌處理前都處于脆性狀態(tài)，任何影響收縮的因素都會使鑄件在澆注后的收縮階段產(chǎn)生裂紋，比較明顯的是箱式鑄件，這種件由砂芯形成內(nèi)腔，砂芯退讓性好，高應(yīng)力區(qū)非常容易產(chǎn)生裂紋。解決辦法是往芯中加入鋸末、泡沫等保證砂芯有合適的退讓性。箱帶、冒口、飛邊毛刺都有阻礙收縮的條件。采取適當(dāng)增加吃砂量、疏松層，減少型芯縫隙也是解決退讓性的有效辦法。澆冒口位置和大小對裂紋的產(chǎn)生也有影響，設(shè)置位置不能影響鑄件的收縮，澆注系統(tǒng)盡可能分配均勻，鋼水流人應(yīng)平穩(wěn)以便減少鑄件各部位溫差，冒口應(yīng)大小合適。高錳鋼導(dǎo)熱性很差，如冒口尺寸過大，在鑄件冷卻后期冒口與鑄件溫差過大必然產(chǎn)生高應(yīng)力，常會促成冒口下與鑄件連接處產(chǎn)生裂紋。工藝設(shè)計時冒口模數(shù)應(yīng)控制在鑄件模數(shù)的1.2～1.3倍范圍內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)成份的高錳鋼液相線溫度1400℃，固相線溫度1350℃，凝固溫度范圍比較窄，對澆注溫度的反應(yīng)非常敏感。澆注溫度過高極易產(chǎn)生裂紋，溫度低易產(chǎn)生冷隔和澆不足，理想的澆注溫度是1450～1470℃。厚壁件取下限，薄壁件取上限。澆注時一次澆完中間不停流。
高錳鋼只有在合適的成份和正確的熱處理條件下才能獲得它的特性，若未經(jīng)熱處理或熱處理條件不正確則鋼會變脆甚至出現(xiàn)裂紋。正常的熱處理規(guī)范是固溶加高溫水韌處理，以便獲得單一的奧氏體。生產(chǎn)實踐證明固溶溫度應(yīng)在1050-1090℃范圍內(nèi)。一般認(rèn)為，高錳鋼導(dǎo)熱性很差，膨脹率很低，固溶處理時，要采用慢加熱，在600～700℃保溫，以防止開裂。研究結(jié)果表明在500～700℃保溫會使殘留奧氏體強烈地析出碳化物，這些析出物降低鋼的塑性，增加新舊組織間比容之差所造成的內(nèi)應(yīng)力，從而增加開裂傾向，因此鑄件加熱時應(yīng)盡快通過這一溫度范圍。
高錳鋼的特點之一是導(dǎo)熱性差，鑄件澆注后保溫時間太短，冷卻速度快，促使鑄件應(yīng)力增加易產(chǎn)生裂紋。為防止裂紋產(chǎn)生，盡可能在砂型內(nèi)緩慢冷卻延長保溫時間，打箱溫度應(yīng)控制在200℃以下。實踐證明在該溫度下打箱無裂紋出現(xiàn)。在對高錳鋼鑄件澆冒口、飛邊毛刺切割時，因材料導(dǎo)熱性差，造成切割部位熱影響區(qū)產(chǎn)生很大的溫差，并形成了高應(yīng)力狀態(tài)。稍有忽視切口處就會產(chǎn)生裂紋。為使熱影響區(qū)溫差控制在最小范圍，澆冒口、毛刺切割必須在水池內(nèi)浸水切割， 保持水溫在40℃以下，這樣操作不易產(chǎn)生裂紋。
有效地消除鑄造產(chǎn)品缺陷的方法是補焊，補焊階段裂紋出現(xiàn)的可能性也很大。為保證產(chǎn)品質(zhì)量補焊時必須注意以下幾個問題： ①補焊前不需要預(yù)熱。較低溫度重新加熱可使碳化物沿晶粒邊界和結(jié)晶面析出，促使重新出現(xiàn)脆化現(xiàn)象，容易出現(xiàn)裂紋。 ②在未經(jīng)水韌熱處理的錳鋼件上進行焊補是不可能有滿意結(jié)果的。 ③去除缺陷盡量不用火焰切割或碳弧氣刨，最好用風(fēng)鏟和砂輪。 ④ 補焊焊條成份要與母材相近，也可用不銹鋼焊條，無論用哪種焊條碳含量都應(yīng)較低，補焊時可降低碳化物析出。 ⑤準(zhǔn)備補焊的部位應(yīng)表面光潔，無油、銹，按焊補工藝要求修出適當(dāng)坡口。 ⑥補焊方法嚴(yán)格按工藝執(zhí)行。 ⑦補焊時避免引起 產(chǎn)生裂紋危險的熱應(yīng)力是非常重要的。由于錳鋼有高的膨脹系數(shù)和低的導(dǎo)熱系數(shù)，冷卻時會在補焊處產(chǎn)生應(yīng)力，因此冷卻時錘擊焊補金屬，使壓縮應(yīng)力和其冷卻時產(chǎn)生的拉應(yīng)力相抵消。 ⑧補焊時保持母體金屬最低限度的受熱，可使重新加熱的不良影響減至最小。上述方法在生產(chǎn)中已全部采用，操作恰當(dāng)焊補區(qū)產(chǎn)生裂紋缺陷是可以避免的。
高錳鋼鑄件裂紋產(chǎn)生的原因很多，在多年研究和實踐的基礎(chǔ)上， 找出了高錳鋼經(jīng)常產(chǎn)生裂紋的原因和防止措施，有效地指導(dǎo)了生產(chǎn)，把裂紋控制在最小范圍內(nèi)。
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