高耐磨的高锰钢：表面硬化的冲击载荷下的利器

从广泛的意义上讲，表面强化结构钢、工具钢和滚动轴承钢等具有高耐磨性的钢种都可称作耐磨钢，但这里所讲的耐磨钢主要是指在强烈冲击载荷或高压力的作用下发生表面硬化而具有高耐磨性的高锰钢，如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板和铁轨分道叉等。

常用的高锰钢的牌号有 ZGMn13 钢（ZG 是铸钢两字汉语拼音的字母）等，这种钢的含碳量为0.8%～1.4%，保证钢的耐磨性和强度；含锰 11%～14%，锰是扩大奥氏体区的元素，它和碳配合，使钢在常温下呈现单相奥氏体组织，因此高锰钢又称为奥氏体锰钢。

为了使高锰钢具有良好的韧性和耐磨性，必须对其进行“水韧处理”，即将钢加热到1 000～1 100℃，保温一定时间，使碳化物全部溶解，然后在水中快冷，碳化物来不及析出，在室温下获得均匀单一的奥氏体组织。此时钢的硬度很低（约为 210 HBS），而韧性很高。当工件在工作中受到强烈冲击或强大压力而变形时，高锰钢表面层的奥氏体会产生变形出现加工硬化现象，并且还发生马氏体转变及碳化物沿滑移面析出，使硬度显著提高，能迅速达到 500～600 HB，耐磨性也大幅增加，心部则仍然是奥氏体组织，保持原来的高塑性和高韧性状态。需要指出的是高锰钢经水韧处理后，不可再回火或在高于300℃的温度下工作，否则碳化物又会沿奥氏体晶界析出而使钢脆化。

高锰耐磨钢常用于制作球磨机衬板、破碎机颚板、挖掘机斗齿、坦克或某些重型拖拉机的履带板、铁路道岔和防弹钢板等。但在一般机器工作条件下，材料只承受较小的压力或冲击力，不能产生或仅有较小的加工硬化效果，也不能诱发马氏体转变，此时高锰钢的耐磨性甚至低于一般的淬火高碳钢或铸铁。

课后习题

一、选择题

1.常见的调质钢大都属于（　）。

A.低碳低合金钢　B.中碳低合金钢

C.高碳低合金钢　D.低碳中合金钢

2.某一中载齿轮决定用45钢制造，其最终热处理采用下列哪种方案为宜？（　）

A.淬火+低温回火　B.渗碳后淬火+低温回火

C.调质后表面淬火　D.正火

3.下列合金钢中，耐蚀性最好的是（　）。

A.20CrMnTi　B.40Cr

B.W18Cr4V　D.1Cr18Ni9Ti

4.滚动轴承钢GCr15的最终热处理应该是（　）。

A.淬火+低温回火　B.渗碳+淬火+低温回火

C.淬火+中温回火　D.氮化+淬火+低温回火

5.下列各材料中淬火时最容易产生淬火裂纹的材料是（　）。

A.45钢　B.20CrMnTi

C.16Mn　D.W18Cr14V

6.下列诸材料被称为低变形钢，适合作冷作模具的是（　）。

A.9SiCr　B.CrWMn

C.T12　D.5CrMnMo

7.下列合金中，含碳量最少的钢是（　）。

A.GCr15　B.Cr12MoV

C.1Cr13　D.1Cr18Ni9Ti

8.汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴、活塞销等零件，要求表面具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够高的强度和韧性，因而这些零件大多采用（　）制造。

A.合金渗碳钢　B.合金调质钢　C.合金弹簧钢

9.为了保证汽车板簧的性能要求，60Si2Mn钢制的汽车板簧最终要进行（　）处理。

A.淬火和低温回火　B.淬火和中温回火　C.淬火和高温回火(www.zuozong.com)

10.要使不锈钢不锈，必须使钢中（　）含量≥13%。

A.Cr　B.Mn　C.Ni

二、判断题

1.高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。（　）

2.硫、磷是钢中的有害元素，随着其含量的增加，会使钢的韧性降低，硫使钢产生冷脆，磷使钢产生热脆。（　）

3.GCr15钢中Cr质量分数是15%。（　）

4.铸钢用于制造形状复杂、难以锻压成形、要求有较高的强度和塑性，并承受冲击载荷的零件。（　）

5.Q345钢与Q235，后者强度高。（　）

6.都为退火态的45钢和20钢，塑性前者优于后者。（　）

7.渗碳钢不能用来制作量具。（　）

8.弹簧钢的最终热处理为淬火加低温回火。（　）

9.滚动轴承钢可以用来制作量具。（　）

10.40Cr钢是最常用的合金调质钢，常用于制造机床齿轮、花键轴、顶尖套等。（　）

三、简答题

1.钢中常存杂质元素有哪几种？对性能各有什么影响？

2.钢按不同的分类方法共分为几类？

3.试比较普通碳素结构钢与优质碳素钢的不同之处？比较这两种碳素钢的性能，并举例说明其用途。

4.举出几种常用碳素工具钢的牌号、成分，说明碳素工具钢在热处理方法和用途上的不同之处。

5.在什么情况下采用铸钢？它有什么特点？

6.合金元素对Fe-Fe3C合金状态图有什么影响？

7.为什么碳钢在室温下不存在单一的奥氏体或单一的铁素体组织；而合金钢中有可能存在这类组织？

8.说明用 20Cr 钢制造齿轮的工艺路线，并指出其热处理目的。

9.为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳？滚动轴承钢预备热处理和最终热处理工艺有什么特点？

10.一般刃具钢要求什么性能？为什么刃具钢中含高碳？

11.用 9SiCr 钢制成圆板牙，其工艺流程为：锻造→球化退火→机械加工→淬火→低温回火→磨平面→开槽加工。试分析：球化退火、淬火及低温回火的目的。

12.模具钢分几类？各采用何种最终热处理工艺？为什么？

13.制造量具的钢有哪几种？有什么要求？热处理工艺有什么特点？

14.电化学腐蚀的原理是什么？通过什么措施可以提高金属的耐腐蚀性？

15.试为下列零件、构件或刀具选择合适材料：