RE对其进行合金化处理.采用金相显微镜、扫描电镜、力学性能检测、冲击磨料磨损试验等手段，研究不同合金化处理对高锰钢显微组织和力学性能的影响.研究结果表明，合金化处理能细化高锰钢晶粒1～2级，改善夹杂物的大小、形态及分布，并且使高锰钢的硬度、冲击韧性和耐磨性有较大幅度提高.其中经 CrVTiRE合金化处理的试样综合性能最优，其硬度为217 HBS，冲击韧性为155 J/cm2，与未经合金化处理的试样相比，分别提高了12.4%，32.5%，并且其耐磨性提高了13.9%～45.4%.在中、低冲击功下，高锰钢的磨损机制以凿坑变形和显微切削为主;在高冲击功下，磨损机制主要为疲劳剥落.
关键词：核心期刊论文发表,合金化,显微组织,耐磨性,高锰钢,冲击磨料磨损
高锰钢具有优良的韧性、加工硬化能力和耐磨性，作为一种良好的耐磨材料被广泛应用于铁路、矿山、冶金、电力等各个行业.但在非强冲击载荷下，由于高锰钢加工硬化不明显、表面硬度低，因而影响了其耐磨性.为了进一步提高高锰钢的耐磨性，人们在合金化处理[1]、热处理工艺[2]、表面预硬化处理 [3]等方面进行了大量研究.研究表明，合金化处理是提高高锰钢耐磨性的有效途径之一.通常可采取在普通高锰钢的成分基础上加入Cr，V，N等合金元素，从而增强其形变强化能力[4-6].近年来，多元合金化处理越来越受到人们的重视，发现添加一种以上的合金元素，比添加单一元素所得到的性能改善效果更明显.
本文制定了合理的化学成分和试验工艺，在普通高锰钢的成分基础上进行多元合金化处理，研究合金化处理对高锰钢组织和性能的影响，从而为获得更好的高锰钢性能提供依据.
1试验材料及方法
1.1化学成分
为保证高锰钢同时具有良好的韧性和耐磨性，可适当提高锰和碳的含量，高锰钢的主要化学成分范围如表1所示.
对高锰钢进行合金化处理，合金化处理方案如表2所示.添加的合金原材料为60Cr，纯V，纯Ti，纯稀土Ce和75Nb，其中60Cr，纯V和75Nb采用炉内加入法，纯Ti和纯稀土Ce采用包内加入法.
1.2试验工艺
试验用材料在100 kg中频感应电炉中熔炼，采用不氧化法熔炼工艺，出钢温度为1 540～1 560 ℃，浇铸温度为1 400～1 420 ℃.试样浇铸成标准梅花试块，铸型采用呋喃树脂砂造型.对试样进行光谱分析，试样的化学成分如表3所示.
将梅花试块进行水韧处理，具体工艺为：将梅花试块以60～80 ℃/h的加热速率由室温升温至650 ℃并保温2h，随后以100～120 ℃/h的加热速率升温至1 080 ℃并保温3 h使其完全奥氏体化，最后迅速放入冷水中.
在MLD10型动载磨料磨损试验机上进行耐磨性试验.上试样为待测试样，用线切割的方法加工至10 mm×10 mm×30 mm，下试样为圆环形的40Cr钢(HRC50～55)，磨料是粒度为1～2 mm的石英砂.进行试验时，下试样以200 r/min的转速旋转，上试样以200 次/min的频率冲击下试样，选取的冲击功有1 J，2 J，3 J，4 J，磨料以15 kg/h的流量流入上下试样之间，试验时间为90 min.待测试样在装机前后均用丙酮超声波清洗并烘干，在精度为0.1 mg的光学天平上测量待测试样在磨损前后的质量，以其磨损失重的倒数表示耐磨性ε.
冲击试样为标准U型缺口，测定三个试样的冲击值求平均值.硬度测试在HB3000型硬度计上进行，测定5个点求平均值.试样经研磨、抛光后用4%硝酸酒精腐蚀，在OLYMPUS GX71金相显微镜下进行显微组织观察.利用FEI Quanta200型扫描电镜对冲击断口形貌和磨损表面形貌进行观察.
2试验结果与分析
2.1合金化处理对高锰钢显微组织的影响
图1为不同合金化处理高锰钢的热处理金相组织，表4为不同合金化处理高锰钢热处理后的平均晶粒尺寸.可见，高锰钢经水韧处理后碳化物基本已完全固溶于奥氏体中，为单一奥氏体组织.未经合金化处理的1号试样的平均晶粒尺寸为180.6 μm，晶粒尺寸粗大.而经CrVTiRE，CrVTi，CrRE和VTiNbRE合金化处理的2号、3号、4号和5号试样的平均晶粒尺寸分别为117.1 μm，130.2 μm，162.7 μm和100.2 μm，晶粒细化了1～2级.同时还可看出，未经合金化处理的1号试样中夹杂物数量多、尺寸大，并且大多数呈尖角状或长条状分布于晶界处.而经合金化处理后，夹杂物数量减少、尺寸变小、形状变圆，并且弥散分布于基体中.
合金化处理可以显著细化晶粒，是由于稀土是表面活性元素，它可以与钢液中的O，S相互作用，形成高熔点的稀土氧化物、稀土硫化物.另外， V，Ti，Nb都是强烈的碳化物、氮化物形成元素，它们可以与钢中的C，N形成高熔点的碳、氮化合物.在一定的条件下这些高熔点的稀土氧化物、稀土硫化物以及碳、氮化合物可作为钢液的异质形核核心.根据Tumbell和Vonnegut[7]提出的异质形核理论，作为形核剂需要具备以下两个条件：一是具有高于液相熔点的高熔点相;二是高熔点相与液相金属在某些低指数面中具有低的错配度.一般可认为，当两相错配度小于12%时，高熔点相可以作为异质形核核心，从而促进液态金属形核，细化铸态组织.并且错配度越小，高熔点相越易成为异质形核核心，细化效果越好.李玉清[8]研究了VC对GH36合金的变质作用，认为VC和γFe的错配度为8.38%.兰杰等[9]对CH13钢进行了研究，发现γFe的(001)面在Ce2O3的(0001)面上形核的错配度为5.92%.陈祥等[10] 研究了稀土、钒、钛变质处理对高硅铸钢晶粒细化的影响，得出TiC，TiN与γFe的错配度分别为12.53%和10.61%.谢敬佩等[11]研究了铌、氮在中锰奥氏体钢中的作用，发现NbN，Nb2C与γFe的错配度分别为7.69%和6.79%.可见，这些高熔点相与γFe的错配度都较低，因此它们可以作为奥氏体结晶时的异质形核核心，细化高锰钢铸态组织.
