添加纳米材料高锰钢强化机理及组织性能研究--《河南科技大学》2013年硕士论文
添加纳米材料高锰钢强化机理及组织性能研究
【摘要】：本文用中间合金法和吹氩法分别将纳米TiN和SiC颗粒加入到高锰钢中，制备了纳米改性的高锰钢试样。通过测试铸态和固溶态样品的冲击韧性和布氏硬度，分析了不同纳米颗粒的加入方法和加入量对高锰钢力学性能的影响。运用扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了材料的微观组织及微区成分，研究了添加纳米TiN和SiC对高锰钢微观组织和形貌的影响。结果显示：当加入量为0.3wt‰时，综合效果较好；添加纳米TiN后，高锰钢的冲击韧性提高30%左右，晶粒显著细化，铸态晶界碳化物网状分布有明显隔断；添加纳米SiC后，高锰钢的冲击韧性提高15%左右，同时发现高锰钢基体中弥散分布着大量的第二相颗粒。
通过材料的标准熵和标准生成焓等热力学参数，计算了不同温度下TiN和SiC的分解吉布斯自由能、氧化吉布斯自由能和碳化吉布斯自由能，以及曲率半径对纳米颗粒熔点的影响。分析可知：TiN的高温稳定很好，分解温度在3300K以上，在铝脱氧条件下，很难氧化，曲率半径小于5nm时TiN的熔点呈指数降低；SiC随着温度的升高，稳定迅速降低，氧化和碳化趋势增加。
结合纳米颗粒的热力学性质和材料的微观组织形貌，分析了纳米TiN和SiC在高锰钢中的存在形式和作用机理。分析发现：纳米TiN存在于奥氏体中，其中(200)TiN//(111)奥氏体，并以错配度为0.5916%的半共格形式共存在于基体中，添加纳米TiN颗粒后，在纳米TiN颗粒周围有较高密度的位错，还存在有少量层错、孪晶，还发现有ε-马氏体；纳米SiC一部分分解为Si和C存在于基体中，另一部分与Fe、Cr、O等形成复杂化合物存在于基体中。
用ML-100型磨料磨损实验机和MMU-5GA高温真空磨损试验机测试材料的耐磨性，并分析了磨损机理。结果显示：添加纳米TiN的高锰钢主要以微观犁皱为主，磨损量减少38%左右；添加纳米SiC的高锰钢主要以微观剥落为主，磨损量减少25%左右。
【关键词】：
【学位授予单位】：河南科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TB383.1;TG142.1【目录】：
摘要2-4ABSTRACT4-9第1章 绪论9-19 1.1 引言9 1.2 高锰钢简介9-13
1.2.1 高锰钢9-10
1.2.2 高锰钢发展10
1.2.3 高锰钢熔炼及热处理10
1.2.4 高锰钢的加工硬化10-11
1.2.5 高锰钢磨损机理分析11-13 1.3 纳米材料13-14
1.3.1 纳米材料简介13
1.3.2 纳米 TiN13-14
1.3.3 纳米 SiC14 1.4 纳米材料在钢铁材料应用简介14-15 1.5 材料热力学15-18
1.5.1 熵15
1.5.2 吉布斯自由能15-16
1.5.3 化学平衡16-17
1.5.4 纳米颗粒尺寸效应17-18 1.6 本文的主要研究内容18-19第2章 实验内容与方法19-26 2.1 引言19 2.2 试验方案设计19
2.2.1 纳米材料的选择19
2.2.2 纳米颗粒加入工艺的制定19 2.3 试验方案的实施19-22
2.3.1 高锰钢冶炼19-20
2.3.2 吹氩加入纳米颗粒20
2.3.3 中间合金法加入纳米颗粒20-21
2.3.4 铸造和热处理21-22 2.4 力学性能测试22
2.4.1 硬度测试22
2.4.2 冲击韧度测试22 2.5 摩擦磨损性能测试22-24 2.6 微观分析24-26
2.6.1 SEM24
2.6.2 TEM24-26第3章 添加纳米材料对高锰钢组织和性能的影响26-35 3.1 引言26 3.2 高锰钢中纳米颗粒添加量的确定26-27 3.3 吹氩加入纳米 TiN 和 SiC 对高锰钢组织和性能的影响27-31
3.3.1 具体实验方案27
3.3.2 SEM 形貌分析27-29
3.3.3 力学性能29-31 3.4 中间合金加入纳米 TiN 和 SiC 对高锰钢组织和性能的影响31-34
3.4.1 具体实施方案31
3.4.2 微观形貌分析31-33
3.4.3 力学性能33-34 3.5 本章小结34-35第4章 纳米 TiN 和 SiC 颗粒的热力学性质35-43 4.1 引言35 4.2 TiN 和 SiC 的分解和氧化35-39
4.2.1 高温分解35-37
4.2.2 高温氧化37-38
4.2.3 碳化物稳定性38-39 4.3 纳米颗粒尺寸效应39-42
4.3.1 纳米颗粒尺寸对熔点的影响39-41
4.3.2 纳米颗粒的团聚长大41-42 4.4 本章小结42-43第5章 纳米颗粒在高锰钢中的存在形式及对高锰钢的影响43-56 5.1 引言43 5.2 纳米 SiC 和 TiN 的 TEM 形貌43-44 5.3 纳米 SiC 在高锰钢中的存在形式及作用机理44-48
5.3.1 不同加入法第二相颗粒的分布状况44-45
5.3.2 第二相粒子成分分析45-48 5.4 纳米 TiN 在高锰钢中的存在形式及作用机理48-54
5.4.1 吹氩法加入纳米 TiN 在高锰钢中的存在状态48-50
5.4.2 吹氩法加入纳米 TiN 对存在形式影响的机理探讨50-52
5.4.3 中间合计法加入纳米 TiN 在高锰钢中的存在形式52-53
5.4.4 纳米 TiN 对高锰钢亚结构的影响53-54 5.5 本章小结54-56第6章 添加纳米颗粒对高锰钢的耐磨性的影响56-60 6.1 引言56 6.2 材料磨损性能研究56-59
6.2.1 高锰钢磨料磨损形貌分析56-58
6.2.2 高锰钢磨损失重分析58-59 6.3 本章小结59-60第7章 结论60-61参考文献61-65致谢65-66攻读硕士学位期间的研究成果66
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京公网安备75号利用EBSD取向成像技术分析高锰钢两相组织的结构与取向--《2005年全国计算材料、模拟与图像分析学术会议论文集》2005年
利用EBSD取向成像技术分析高锰钢两相组织的结构与取向
【摘要】：正1 前言高锰钢(锰的质量分数为15％～30％,铝和硅的质量分数分别为2％～4％)由于具有极好的综合力学性能,近年来受到广泛关注。在不同成分范围内,高锰钢靠形变时产生的孪生诱发塑性(twinning induced plasticity,称为TWIP钢)或靠形变时的马氏体相变诱导塑性 (transformation induced plasticity,称为TRIP钢)。TWIP钢和TRIP钢都有高强度和高塑性, Fe-15Mn为双相组织,两种效应都存在;该钢含20％Mn以上为单相奥氏体,只有TWIP效应;但是目前尚无高锰钢的相关相图,其相变以及织构变化都不清楚。最可能的应用是高保险系数的汽车冲压板,又因织构直接对冲压性能有影响,所以要研究两相合金共存时的织构变化。
【作者单位】：
【分类号】：TG115.2【正文快照】：
l前言 高锰钢(锰的质量分数为巧%一30%，铝和硅的质量分数分别为2%一4%)由于具有极好的 综合力学性能，近年来受到广泛关注〔1一3]。在不同成分范围内，高锰钢靠形变时产生的孪生 诱发塑性(twirming induced Plasticity，称为TwIP钢)或靠形变时的马氏体相变诱一导塑性 (tr ans
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&高锰钢(high manganese steel)是指含锰量在10%以上的合金钢。这类钢含锰10%～15%，碳含量较高，一般为0.90%～1.50%，这类高锰钢的用量最多，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、对辊辊皮、筛板筛网、挖沙船链条链板、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。
& & & & 高锰钢颚板
& & & & 鄂板(又称牙板)是鄂式破碎机的主要易损部件，根据鄂式破碎机型号的不同可分为多种类型；采用材质：Mn13， Mn13Cr2 ，Mn18，Mn18Cr2（即超高锰）或者根据工况条件特殊配料，湖北金阳石颚式破碎机鄂板做工细腻，配料严谨，热处理到位，新型微合金鄂板使用寿命比同类产品耐磨50%以上。
& & & & 高锰钢破碎壁轧臼壁
& & & & 轧臼壁破碎壁是圆锥破碎机上的主要部件，通过对破碎壁轧臼壁实际工况条件分析，该厚大件金阳石采用ZGMn18、ZGMn18Cr2超高锰钢，中心部位能为全奥氏体，加工硬化能力强，使其使用寿命大大增加。
& & & & 高锰钢锤头
& & & & 高锰钢锤头是奥氏体结构，在强烈﹑足够大的冲击、挤压条件下，迅速产生10～20mm的硬化层（马氏体结构），高硬度的硬化层可以抗冲击抗磨损当硬化层被磨掉后，又露出新的奥氏体被硬化，而其未被硬化的部分仍保持奥氏体良好的韧性，适用于破碎鹅卵石、煤矸石、石灰石等物料破碎，成为众多水泥、砂石企业的锤头首选。
& & & & 高锰钢板锤
& & & & 采用改性高锰钢铸造而成，合理配比成分，板锤更加安全可靠，耐磨性能也比普通高锰钢提高了1.5倍，不仅减少了停机时间，而且提高了设备运转率，增加破碎机产量，降低了物料成本。
& & & & 高锰钢衬板
& & & & 金阳石采用最新专利技术，在原锰13材质的基础上加入了铬、钒、硼、钼等稀有贵重金属及特殊变质技术，用新型材料生产的高锰钢合金衬板，显著的提高了产品质量。比普通锰13产品使用期限提高了一倍以上，大幅降低了用户的生产成本。
& & & & 高锰钢辊皮
& & & &&辊皮的磨损程度对辊式破碎机的工作效率影响很大，只有辊皮处于良好的状态，破碎机才能获得较高的生产能力。金阳石根据客户不同的工况条件，研制出不同材质的破碎机辊皮，主要有65锰、锰13，锰铬合金等材质辊皮，客户可根据自己的需要选择。
& & & & 湖北金阳石新型耐磨材料科技有限公司是专业高锰钢铸件铸造厂，为提高高锰钢的性能进行过很多合金化、微合金化、碳锰含量调整和沉淀强化处理等方面的研究，并在生产实践中得到广泛应用，受到广大使用客户的广泛赞誉！
质量更好在高能量冲击的工作条件下，高锰钢与超高锰钢铸件有优异的抗磨性能
性价比高在强烈的冲击、挤压条件下，表层迅速发生加工硬化现象，使其在保持良好的韧性和塑性的同时具有良好的耐磨性能。这是其它材料所不及的
寿命更长典型的Mn17是在Mn13的基础上增加锰量，提高加工硬化和耐磨性。比如ZGMn18铁道叉寿命较ZGMn13提高20%~25%
应用广泛用于矿山、建材、火电等机械设备中，制作耐磨件
化学成分(质量分数)(％)
1.10～1.50
11.00～14.00
0.30～0.80
1.00～1.40
11.00～14.00
0.30～0.80
0.90～1.30
11.00～14.00
0.30～0.80
0.90～1.20
11.00～14.00
0.30～0.60
0.90～1.30
11.00～14.00
0.30～0.60
1.50～2.50
& & & & 这里只罗列了高锰钢铸件部分型号，由于产品性能在不断改进中，产品参数如有更改，恕不另行通知，如果您需要做进一步了解，请在线咨询客服或请来我厂参观考察！
服务热线：86-
我们不怕您货比三家，我们只用质量和服务说话——向偷工减料、低价、山寨的劣质产品说“NO”
金阳石---耐磨铸件方案优质供应商
公司拥有2条砂型生产线，1条V法铸造生产线、1条消失模生产线、1个机加工车间；2台5T中频电炉、2台3T中频电炉、2台1T中频电炉，最大能做12吨的铸件，年生产能力15000吨以上，打造中南地区最大的耐磨材料生产基地。
与国际对话，建跨国集团，公司具有独立的进出口贸易经营资质，长期与海外各国的交流和合作，不但使公司产品保持较高水平，而且赢得了广泛的国际市场，产品远销俄罗斯，哈萨克斯坦，土耳其，沙特，南非，越南，印度，美国，澳大利亚等30个国家和地区。
湖北金阳石新型耐磨材料科技有限公司是专业耐磨铸件铸造厂家，主要经营高锰钢、高铬、耐磨合金钢铸件，常年提供其他厂家的备品备件加工业务，不管是哪个厂家的什么型号的耐磨件铸件，只要你能提供图纸、样品或模具，我们就能生产！联系电话：+86-
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关于“第一届国际汽车用钢大会”和“第三届高锰钢国际会议”的征文通知
由中国金属学会和钢铁研究总院共同主办的“第一届国际汽车用钢大会”和“第三届高锰钢国际会议”将于-18日在成都召开。
各有关单位：
由中国金属学会和钢铁研究总院共同主办的“第一届国际汽车用钢大会”和“第三届高锰钢国际会议”将于2016年11月16-18日在成都召开。“第一届国际汽车用钢大会”是由中国金属学会发起，于2013年11月在德国召开的国际冶金秘书长联席会议上通过的国际会议；“第三届高锰钢国际会议”是每两年举办一次的国际高锰钢领域的高水平学术会议。为了扩大会议影响力和国际知名度，两个会议决定同期合并召开。
近几年我国钢铁和汽车行业高速发展，都已跃居为世界产量第一大国。汽车行业是我国钢铁行业的重要下游行业，消耗了我国钢材产量的6%，其高速发展离不开我国钢铁工业的重要支撑。同时钢铁企业作为我国汽车行业最大的原料供应商，涉及到整车设计和主要零部件制造，汽车行业的发展拉动了钢铁行业的需求。
本次会议主要交流钢铁材料在汽车行业中的研究和应用以及国际高锰钢领域近年来取得的研究成果，旨在加强钢铁企业、科研院所和汽车生产企业以及其他用户单位的紧密合作。通过搭建这个交流平台引领我国钢铁冶金企业突破先进汽车用钢“高性能、减量化、易加工、高精度、绿色化”技术问题，同时结合我国汽车工业发展需求，开发符合汽车行业需求的高品质汽车钢，更好地为汽车行业提供钢铁产品及服务。同时学习借鉴国外同行的先进理念和技术，逐步形成适合我国国情的绿色可持续发展的先进汽车用钢深加工体系。希望我国钢铁材料研究工作者珍惜这一难得的机会，充分利用国际学术交流平台，踊跃投稿参会，积极展示我国汽车用钢和高锰钢的科技创新成就，了解世界各国在研发、生产等方面所取得的进步。
一、会议主题
1. 高锰钢：中锰、高锰钢的合金成分设计、工艺和性能的关系，关于中高锰钢的组织表征、相变、析出、再结晶等
基础研究以及数值模型研究，关于中高锰钢的应用服役行为研究等。
2. 先进钢铁材料：先进高强钢（双相钢、TRIP钢、QP钢、CP钢、低合金高强度钢、IF钢）、特殊钢（含不锈钢）
3. 先进成形技术：热成形、温成形、冷成形、辊压成形、旋压成形、液压及气压成形、变断面轧制
4. 先进连接技术：焊接、粘接、铆接
5. 汽车轻量化结构设计及LCA评估
6. 表面涂镀层及防腐技术
7. 测试与模拟：测试技术、数值模拟、碰撞及安全评估
8. 汽车零部件制造技术：锻造、切削、挤压、拉拔、冷镦及热处理
二、大会主席
中国工程院院士
中国金属学会
三、国际顾问委员会
Wolfgang BLECK（亚琛工业大学），德国
Olivier BOUAZIZ（洛林大学），法国
陈军（上海交通大学），中国
Jurgen COBBAUT（华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司），中国
Bruno DE COOMAN（浦项工科大学），韩国
董瀚（钢铁研究总院），中国
David V. EDMONDS (利兹大学)，英国
Hans FERKEL（蒂森克虏伯欧洲钢铁公司），德国
Frank GOODWIN（国际锌协会），美国
Peter Damian HODGSON（迪肯大学），澳大利亚
Young Kook LEE（延世大学），韩国
David MATLOCK（科罗拉多矿业大学），美国
Hardy MOHRBACHER（NiobelCon bvba公司），比利时
Dierk RAABE（马克斯-普朗克铁研究所公司），德国
Benedikt RITTERBACH (Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH)，德国
John SPEER（科罗拉多矿业大学），美国
Setsuo TAKAKI（九州大学），日本
Kaneaki TSUZAKI（国立金属材料研究院），日本
四、技术委员会
钢铁研究总院 教授
北京科技大学 教授
五、大会秘书长
中国金属学会 秘书长
六、会议语言
本次会议工作语言为英语。
七、征文要求
欢迎相关科技工作者根据会议主题撰写论文，并将英文摘要（不少于300字）通过会议网站（icas-hmns2016.）在线提交，摘要截止日期为2015年12月15日。如在提交摘要过程中遇到问题，请及时与会议秘书处联系。
八、展览与广告
本次会议设有相关的展览会，展览摊位将设在会场附近，同时欢迎在会议资料上刊登技术广告。详情请与会议秘书处联系。
九、会议秘书处
联系人：宋青 赵欣
地址：北京东四西大街46号，中国金属学会国际部
邮编：100711
电话：010-
传真：010-
E-mail: icas-和icas-hmns2016@.cn
Website: icas-hmns2016.
中国金属学会
2015年7月29日企业基本资料
大同市奥博耐磨材料厂，成立于一九九七年，是生产耐磨材料的专业厂家，是中国机械工程学会抗磨技术专业委员会成员。主要产品有高、低铬铸球，高、低铬铸段、微段，高锰钢、合金钢、高铬铸铁衬板，耐热铸件，不锈钢铸件等产品，广泛用于水泥建材、矿山选矿、电力等行业。...
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