CN102644019A - 耐磨高锰钢制件的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨高锰钢制件的加工工艺，其步骤为：制作普通化学成分和/或经合金化的耐磨高锰钢毛坯；继而直接进行机械加工或对毛坯进行加热处理后再进行机械加工；进行常规的水韧处理；或根据需要再进行进一步的机械精加工。与现有生产耐磨高锰钢制件的加工工序相比较，本发明在保证耐磨高锰钢制件的组织和性能不会发生改变的前提下获得了高的加工效率，简化了生产设备和工艺，提高了产品的合格率。

Description

耐磨高锰钢制件的加工工艺

技术领域

本发明属于耐磨材料的机械加工领域，尤其涉及生产耐磨高锰钢制件的加工工艺。

背景技术

以ZGMn13钢（其化学成分大致为0.9～1.2%C，11～14%Mn，0.3～0.6%Si，≤0.04%S，≤0.07%P）为代表的耐磨高锰钢，通常是在其制件整体经过1000℃温度左右的水韧处理后得到单相奥氏体的组织状态下来使用的。由于表层的奥氏体组织在强烈的冲击载荷或接触应力作用下，能够迅速产生加工硬化而使表层硬度急剧升高，从而使耐磨高锰钢具有了优异的耐磨性能。外加冲击载荷越大，其表层自身的硬化效果就越好。在外加载荷持续作用下，虽然表层硬化层将不断地磨耗掉，但次表层的奥氏体将会连续不断地形成新的加工硬化层，从而保证高锰钢在使用过程中一直保持着高的耐磨性能。并且，耐磨高锰钢在表层硬度得到提高的同时，其内部仍为具有良好韧性的奥氏体。因此，经水韧处理后的耐磨高锰钢在具有优异耐磨性的同时，还能承受较大的冲击载荷而不破裂。耐磨高锰钢的这一特殊性使其在冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中，如破碎机锤头、齿板、轧臼壁、挖壁机斗齿、球磨机衬板、铁路道岔等中长期得以广泛地应用。

近几年，公开号为CN1745963的《高锰钢辙叉心轨的锻造(轧制)生产方法》和公开号为CN101074469的《锻造(轧制)耐磨奥氏体高锰钢及其制造工艺》的中国专利（申请）开发出了锻造（轧制）耐磨高锰钢的工艺和相关的产品。但尽管如此，耐磨高锰钢制件大多数还是以经过机械加工后的铸造件的形式来使用的。其加工工序为：铸造成型-→铸件浇冒口、飞边毛刺的切割—→水韧处理—→机械粗加工、精加工—→成品。

其中，铸件浇冒口、飞边毛刺的切割，特别是浇冒口的切割基本上采用的是氧+乙炔火焰切割等方式的热切割。由于火焰切割是利用氧化铁燃烧过程中产生的高温来进行切割的，以及耐磨高锰钢本身的导热性低、热膨胀系数大、铸态组织中存在有大量网状碳化物、性能很脆等，而很容易使高锰钢在铸态切割时极易开裂，而使切割的生产过程出现了一系列的问题和困难。若采用高锰钢铸件在水韧处理后再进行火焰切割的方式进行浇冒口的切割，一方面，将增加制件的生产工序，增加生产成本；并且另一方面，虽然耐磨高锰钢水韧处理后的塑性、韧性大为提高，但切割时的受热又会使碳化物析出，而使高锰钢在切口附近的化学成分、组织和性能将发生较大的变化，也将使钢变脆，易于开裂。通常，切割之后在耐磨高锰钢铸件的表面上常常会出现深度不超过5mm的网状裂纹。即使当时切割后高锰钢的表面没有显现出裂纹，或者采用将铸件预热到300～800℃热状态下切割的方式进行切割后，其表面没有显现出裂纹，但切割之后的铸件若经1050℃的水韧处理后，其裂纹均将在切口处显露出来。可见，高锰钢的切割是较难的。目前，耐磨高锰钢浇冒口的切割一般采用的是①将铸件浸在水中对外露的冒口进行切割；②铸件在铸造浇注成型后的冷却过程中当温度处于500～700℃时进行热切割；③在水韧处理的加热过程中当铸件的温度处于500～700℃时进行热切割之后，再立刻将铸件放入炉中继续升温准备水韧处理等某一种方式来进行切割。由此可以看出，目前这几种耐磨高锰钢铸件的切割方式在操作工艺和设备上均显得极为为复杂，而且，若操作不当，仍将会在铸件上出现裂纹。

除了耐磨高锰钢铸件在切割加工的过程中存在有较大的困难之外，而且还由于耐磨高锰钢经过水韧处理后所获得的单相奥氏体组织具有非常高的形变强化能力，而使得高锰钢在机械加工过程中，在切削刀具的作用下，其表层的切削部位会迅速产生加工硬化，而使切削加工性能急剧降低，导致了材料很难进一步切削加工。而且，还具有加工效率低，刀具寿命短，刀具材料消耗严重，加工成本高等问题的存在。虽然随着近几十年来刀具材料的迅速发展，如硬质合金刀具以及新型的复合材料陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具等在生产中的应用，以及人们已经从选择先进的刀具材料和优化切削加工条件、磁化切削、低温切削、加热切削、整体加热进行高温回火处理等方面开展了广泛深入的研究，并取得了许多研究成果，使得耐磨高锰钢的切削加工性能和加工效率有了较大的提高。但即使是这样，由于表面形变强化的影响使得经机械加工之后的耐磨高锰钢表面具有了一层高硬度的硬化层，使得每次机械加工时的加工深度要大于硬化层的厚度。而这个加工深度，对于高锰钢的粗加工来说可能是不存在问题的。但对于后续紧接着的半精加工、精加工工序来说，由于其加工深度较小，其加工的部位通常为粗加工过后的已经产生了硬化的表层，这样一来，将使得精加工过程中刀具的磨耗量增加，生产效率降低。

发明内容

耐磨高锰钢制件在生产过程中各个工序处理后内部的组织状态，并充分地利用其组织及其相应性能的特点，公开一种更为合理、有效的耐磨高锰钢制件的加工工艺。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种耐磨高锰钢制件的加工工艺，包括如下步骤：

第一步，制作耐磨高锰钢毛坯；

第二步，直接对毛坯进行机械粗加工；或机械粗加工之前，对所述毛坯进行加热处理，即在350～650℃保温0.5～4h。

所述耐磨高锰钢可以为国家标准（GB/T 5680-1998）中所规定的高锰钢或为含锰量为14～24％的普通耐磨高锰钢或在前述基础上添加铬、钼、镍、钛、钒、硼、铝、氮、铌和/或稀土元素的合金化的耐磨高锰钢；

所述机械粗加工为锯、车、铣、刨、镗、钻中的一种或多种组合加工。

根据加工精度的需要，在所述第二步，即机械加工之后，还进行水韧处理的步骤或依次进行水韧处理和机械精加工的步骤。

进一步的，耐磨高锰钢毛坯由铸造、高温锻造或高温轧制而成。

与现有技术相比，本发明改进了加工工艺，对制作成型的耐磨高锰钢，根据其内部组织是否在奥氏体基体上存在有碳化物+珠光体型共析组织，或者在奥氏体基体上存在有碳化物+珠光体型共析组织的多少，来决定是直接进行机械粗加工，还是经350℃～650℃保温0.5～4小时的加热处理冷却后再进行机械粗加工。当奥氏体基体上存在有较多的碳化物+珠光体型共析组织时，由于相对应地内部组织中奥氏体的含量减少，则其高锰钢的加工硬化能力减弱，而使机械加工变得更为容易些。并且，碳化物+珠光体型共析组织的数量越多，则机械加工性和机械加工效率就越高。因而，本发明在制作成型后的高锰钢的粗加工过程中，充分地利用了耐磨高锰钢在制作成型或继而经加热处理后的内部组织中存在有较多的碳化物+珠光体型共析组织，采用了机械粗加工的方法来代替传统的切割浇冒口、飞边毛刺的各种方式的火焰切割方法。这样使得其工序和工艺更为简便可行，而且其机械粗加工时的加工深度也可以达到高锰钢在传统工序中水韧处理后的机械加工深度。

此外，本发明根据需要若在成品前采用精加工工序的话，其工序也是在耐磨高锰钢经水韧处理后再进行的。由于前面机械粗加工工序在高锰钢表层所产生的加工硬化的影响已经完完全全地被需要重新加热处理的水韧处理工序所消除，此时，需要在精加工时去除掉的高锰钢制件表层的组织为硬度较低的单相奥氏体组织，这层需被精加工去掉的表层由于在精加工前不存在有机械粗加工工序，也就不会存在有机械粗加工后的硬化表层，因而，本发明在对耐磨高锰钢进行最后的精加工工序时，其精加工时的切削阻力将相对应地降低。这样刀具的磨损量降低，而加工效率将得以提高。

综上，与现有的生产耐磨高锰钢制件加工工序相比，本发明在保证耐磨高锰钢制件的组织和性能不会发生改变的前提下，使其生产设备和加工工艺得以简化，大大提高的加工效率和产品合格率。

附图说明

图1是ZGMn13钢铸造成基尔试块时的金相组织；

图2是ZGMn13钢铸造成基尔试块以及经550℃保温2小时冷却后的金相组织。

具体实施方式

实施例1

选用ZGMn13钢铸造成基尔试块，其金相组织如图1所示，为奥氏体基体+少量的碳化物和珠光体型共析组织；

将铸造基尔试块先在型号为G4250-S立柱卧式带锯床上用双金属带锯以27m/min的速度进行锯切，而后在普通车床CD6140A上进行切削加工，粗加工成Φ30mm的试棒；粗加工时，刀具为YT15硬质合金刀具，转速280r/min，纵向移动速度0.439mm/r，先后进行车圆以及进刀深度为2.7mm和1.3mm的车削；

将Φ30mm的试棒放入加热炉中连续加热到1050℃后进行水韧处理；

经水韧处理的试棒再在普通车床CD6140A上进行切削精加工；精加工时，刀具仍采用YT15硬质合金刀具，转速450r/min，纵向移动速度0.198mm/r，进刀深度1.0mm；

试棒经精加工之后其表面没有出现裂纹。

实施例2

选用ZGMn13钢铸造成基尔试块；将铸造基尔试块先加热到550℃保温2小时冷却。冷却后的金相组织如图2所示，为奥氏体基体+较多的碳化物和珠光体型共析组织。与未处理前的基尔试块相比，其金相组织中的碳化物和珠光体型共析组织的数量要明显地增加；

先在型号为G4250-S立柱卧式带锯床上用双金属带锯以27m/min的速度进行锯切，再在普通车床CD6140A上进行切削加工，加粗工成Φ27mm的试棒；粗加工时，刀具为YT15硬质合金刀具，转速280r/min，纵向移动速度0.439mm/r，先后进行车圆以及进刀深度分别为3.0mm和1.3mm。此时的机械加工性和加工效率明显高于实施例1的情况；

将Φ27mm的试棒放入加热炉中先加热到650℃后保温一段时间后再继续升温加热到1000℃进行水韧处理；

经水韧处理的试棒再在普通车床CD6140A上进行切削精加工。精加工时，刀具仍采用YT15硬质合金刀具，转速450r/min，纵向移动速度0.198mm/r，进刀深度0.8mm；

试棒经精加工之后其表面没有出现裂纹。

实施例3

选用在常规ZGMn13钢化学成分的基础上，按重量百分数添加了2%铬和0.2%稀土的合金高锰钢，铸造成基尔试块；

将铸造基尔试块先加热到600℃保温3小时冷却；

先在型号为XA6132万能升降台铣床上进行铣切，铣切刀具为Φ125mm×4mm的整体钨钢硬质合金锯片铣刀，主轴转速95r/min，刀杆移动速度118mm/min；再在普通车床CD6140A进行切削加工，加粗工成Φ30mm的试棒；粗加工时，刀具为YT15硬质合金刀具，转速280r/min，纵向移动速度0.439mm/r，先后进行车圆以及进刀深度为3.0mm和1.3mm的车削；

将Φ30mm的试棒放入加热炉中先加热到450℃保温一段时间后再继续升温加热到1050℃进行水韧处理即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种耐磨高锰钢制件的加工工艺，包括如下步骤：

第一步，制作耐磨高锰钢毛坯；

第二步，直接对毛坯进行机械粗加工；或机械粗加工之前，对所述毛坯进行加热处理，即在350～650℃保温0.5～4h。

第三步，水韧处理，或依次进行水韧处理和机械精加工。

所述耐磨高锰钢为碳含量和锰含量分别为0.70%～1.50％和10～24％的普通耐磨高锰钢或在此基础上添加铬、钼、镍、钛、钒、硼、铝、氮、铌和/或稀土元素的合金化耐磨高锰钢；

所述机械粗加工为锯、车、铣、刨、镗、钻中的一种或多种组合加工。

2.如权利要求1所述耐磨高锰钢制件的加工工艺，其特征在于：

在所述第二步，即机械粗加工之前，对所述毛坯进行加热处理，即在350～650℃保温0.5～4h。

3.如权利要求1或2所述的耐磨高锰钢制件的加工工艺，其特征在于：

在所述第二步，即机械加工之后，还进行水韧处理的步骤或依次进行水韧处理和机械精加工的步骤。

4.如权利要求1或2所述的耐磨高锰钢制件的加工工艺，其特征在于：

耐磨高锰钢毛坯由铸造、高温锻造或高温轧制而成。

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