锻焊和形变热处理对铸造高锰钢辙叉耐磨性的影响

doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.08.018

金属热处理 ›› 2021, Vol. 46 ›› Issue (8): 92-98.DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2021.08.018

锻焊和形变热处理对铸造高锰钢辙叉耐磨性的影响

林芷青¹, 张福成¹, 马华¹, 王琳¹, 陈晨¹, 徐明²

1.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室, 河北秦皇岛 066004;
2.中铁山桥集团有限公司, 河北秦皇岛 066205

收稿日期:2021-04-06 出版日期:2021-08-25 发布日期:2021-12-09
通讯作者: 陈晨,副教授,博士,E-mail:chen5dream@sina.cn
作者简介:林芷青 (1996—),女,硕士研究生,主要研究方向为先进钢铁材料,E-mail:lzq@stumail.ysu.edu.cn。
基金资助:
河北省研究生创新资助项目(019000731);河北省重点研发计划(19211018D);国家自然科学联合基金(U1810207)

Effect of FW&TMCP treatment on wear resistance of as-cast high manganese steel frog

Lin Zhiqing¹, Zhang Fucheng¹, Ma Hua¹, Wang Lin¹, Chen Chen¹, Xu Ming²

1. State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University, Qinhuangdao Hebei 066004, China;
2. China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co., Ltd., Qinhuangdao Hebei 066205, China

Received:2021-04-06 Online:2021-08-25 Published:2021-12-09

摘要/Abstract

摘要： 铸造高锰钢是应用非常广泛的耐磨材料之一,但是由于铸造高锰钢存在缩松、气孔、晶粒粗大等铸造缺陷,导致其存在力学性能降低、服役稳定性差等难题。为了减少铸造高锰钢辙叉孔洞类缺陷和细化奥氏体晶粒,研究了锻焊和形变热处理(FW&TMCP)对铸造高锰钢辙叉耐磨性的影响,首先对铸造高锰钢和FW&TMCP高锰钢进行常规拉伸性能测试,然后在不同载荷作用下对铸造高锰钢和FW&TMCP高锰钢进行摩擦磨损试验。结果表明,FW&TMCP高锰钢的强塑性远高于铸造高锰钢,应变硬化速率也高于铸造高锰钢。微观组织结果显示FW&TMCP高锰钢的孔洞类缺陷减少了82%,致密度大幅提高。随着摩损载荷的增大,两种状态高锰钢摩擦因数均逐渐减小。在施加相同磨损载荷时,铸造高锰钢的摩擦因数小于FW&TMCP高锰钢;FW&TMCP高锰钢的塑性变形程度更小,耐磨性更高。随着磨损载荷的增大,两种状态高锰钢的磨损机制均由粘着磨损转变为磨粒磨损。

关键词: 铸造高锰钢, 锻焊和形变热处理, 强度, 塑性, 耐磨性

Abstract: Casting high manganese steel is one of the widely used wear-resistant materials. However, due to casting defects such as shrinkage porosity, porosity, and coarse grains in cast high manganese steel, it has problems such as reduced mechanical properties and poor service stability. In order to reduce the defects of cast high manganese steel frog holes and refine the austenite grains, the effect of forge welding and thermomechanical heat treatment (FW&TMCP) on wear resistance of the cast high manganese steel frogs was studied. First, the conventional tensile properties of the cast high manganese steel and FW&TMCP high manganese steel were tested and then friction and wear test of the cast high manganese steel and FW&TMCP high manganese steel were carried out under different loads. The results show that the strength and plasticity of the FW&TMCP high manganese steel are much higher than that of the cast high manganese steel, and the strain hardening rate is also higher than that of the cast high manganese steel. The microstructure results show that the porosity of the FW&TMCP high manganese steel is reduced by 82%, and the density is increased greatly. The friction coefficient of the two high manganese steel decreases gradually with the increase of wear load. Under the same wear load, the friction coefficient of the cast high manganese steel is less than that of the FW&TMCP high manganese steel, and the FW&TMCP high manganese steel has less plastic deformation and higher wear resistance. The wear mechanism of the two high manganese steel changes from adhesive wear to abrasive wear with the increase of wear load.

Key words: as-cast high manganese steel, forging welding and thermomechanical treatment (FW&TMCP), strength, plasticity, wear resistance

中图分类号:

TG142.25

林芷青, 张福成, 马华, 王琳, 陈晨, 徐明. 锻焊和形变热处理对铸造高锰钢辙叉耐磨性的影响[J]. 金属热处理, 2021, 46(8): 92-98.

Lin Zhiqing, Zhang Fucheng, Ma Hua, Wang Lin, Chen Chen, Xu Ming. Effect of FW&TMCP treatment on wear resistance of as-cast high manganese steel frog[J]. Heat Treatment of Metals, 2021, 46(8): 92-98.

参考文献

[1]Somrita Dhar, Hilmar K Danielsen, Søren Fæster, et al. Crack formation within a Hadfield manganese steel crossing nose[J]. Wear, 2019, 438-439: 203049.
[2]Zhang Fucheng, Lü Bo, Hu Baitao, et al. Flash butt welding of high manganese steel crossing and carbon steel rail[J]. Materials Science & Engineering A, 2006, 454-455: 288-292.
[3]刘晓军, 苏冬雪, 丁志敏. 高碳高锰钢拉伸过程中应变硬化行为的研究[J]. 大连交通大学学报, 2019, 40(5): 76-81.
Liu Xiaojun, Su Dongxue, Ding Zhimin. Strain hardening behavior of high carbon and high manganese steel during tension process[J]. Journal of Dalian Jiaotong University, 2019, 40(5): 76-81.
[4]安虎平, 芮执元. 高锰钢材料塑性变形硬化机理及其改性研究[J]. 现代制造工程, 2018(4): 84-89, 98.
An Huping, Rui Zhiyuan. Research on the hardening mechanism of high manganese steel in plastic deformation and the modifying property of it[J]. Modern Manufacturing Engineering, 2018(4): 84-89, 98.
[5]Dalai Renuprava, Das Siddhartha, Das Karabi. Effect of thermo-mechanical processing on the low impact abrasion and low stress sliding wear resistance of austenitic high manganese steels[J]. Wear, 2019, 420-421: 176-183.
[6]杨芳, 丁志敏. 耐磨高锰钢的发展现状[J]. 机车车辆工艺, 2006(6): 6-9.
[7]苏冬雪, 崔宇琳, 王满富, 等. 合金化处理对高碳高锰钢组织与性能的影响[J]. 大连交通大学学报, 2018, 39(6): 82-87.
[8]陈辉. 形变诱导硬化型奥氏体中锰钢的磨损性能及强化机理研究[D]. 北京: 中国矿业大学, 2016.
[9]陈晨. 高碳高锰奥氏体钢组织与力学性能研究[D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2018.
[10]康杰. 铁路辙叉用合金钢的组织和性能研究[D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2016.
[11]严伟林. 高锰钢在喷丸条件下的应变硬化[J]. 装备制造技术, 2008(6): 32-33.
[12]张福成, 吕博, 郑春雷, 等. 高锰钢和贝氏体钢辙叉失效机理及其磨面组织[J]. 机械工程学报, 2008, 44(12): 232-237, 243.
Zhang Fucheng, Lü Bo, Zheng Chunlei, et al. Failure mechanism and worn surface microstructure of high manganese and bainite steel crossings[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2008, 44(12): 232-237, 243.
[13]陈晨, 杨志南. 重载铁路铸造高锰钢辙叉制造技术[J]. 海峡科技与产业, 2018(S1): 85-87.
[14]王琳, 马华, 陈晨, 等. 高锰铸钢的高温形变热处理及其组织和力学性能[J]. 上海金属, 2019, 41(4): 40-44, 58.
Wang Lin, Ma Hua, Chen Chen, et al. High-temperature thermo-mechanical treatment and resulting microstructure and mechanical properties for high manganese cast steel[J]. Shanghai Metal, 2019, 41(4): 40-44, 58.
[15]马华, 陈晨, 王琳, 等. Mo合金化处理对高锰钢磨损行为的影响[J]. 机械工程学报, 2020, 56(14): 81-90.
Ma Hua, Chen Chen, Wang Lin, et al. Effect of Mo alloying on wear behavior of Hadfield steel[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2020, 56(14): 81-90.
[16]王高潮. 材料科学与工程导论[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.
[17]卢柯, 刘学东. 纳米晶体材料的Hall-Petch关系[J]. 材料研究学报, 1994, 8(5): 385-391.
[18]范宇. 高锰钢时效处理及晶粒细化研究[D]. 广州: 暨南大学, 2016.
[19]汪久根. 摩擦学基础[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2018.
[20]续海峰. 粘着磨损机理及其分析[J]. 机械管理开发, 2007(S1): 95-96.
[21]樊瑜瑾, 杨晓京, 李浙昆, 等. 磨粒磨损中微观接触过程的有限元分析[J]. 机械工程学报, 2005, 41(4): 35-37.

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Effect of FW&TMCP treatment on wear resistance of as-cast high manganese steel frog

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[1]	王玉岱, 刘洋, 朱言言, 田象军, 程序, 冉先喆, 钱婷婷. 热处理对复合制造AerMet100超高强度钢组织均匀性与拉伸性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(4): 1-9.
[2]	陈连生, 张露友, 田亚强, 杨子旋, 李红斌, 潘红波, 魏英立. 低碳高强舰船用钢的CCT曲线及其组织性能[J]. 金属热处理, 2022, 47(4): 63-68.
[3]	贾昌远, 霍元明, 何涛, 霍存龙, 刘克然. 40CrNiMo钢高温拉伸变形行为和组织演变规律[J]. 金属热处理, 2022, 47(4): 69-74.
[4]	时海芳, 李强. 碳含量对Al_0.5Co_0.5NiCrFe高熵合金涂层组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(3): 136-141.
[5]	王荣, 龚玉辉, 殷学俊, 魏德强. 多道电子束扫描搭接率对40Cr钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(3): 191-197.
[6]	林基辉, 温亚辉, 范文博, 张腾, 刘晨雨, 薛元琳. 钛合金表面激光改性技术研究进展[J]. 金属热处理, 2022, 47(3): 215-221.
[7]	董丽丽, 麻永林, 宿鹏吉, 杨雪峰. 脉冲磁场热处理对CGO取向硅钢脱碳退火过程中组织和织构的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(2): 31-34.
[8]	吴迎飞, 孙中华, 王育飞, 王程明, 张雲飞, 彭会芬. 均匀化退火处理对因瓦合金铸锭组织及性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(2): 130-136.
[9]	代永娟, 武祥祥, 李佳坤, 国栋, 王波. 退火温度对Fe-24.38Mn-0.44C TWIP钢组织性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(2): 146-152.
[10]	刘昱君, 程晓农, 罗锐, 高佩. 热处理工艺对Inconel 617合金管组织性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(2): 173-177.
[11]	张孟良, 汤文博, 李百奇, 王笑生, 黎文强, 王腾飞. 等离子熔覆添加和内生联合WC颗粒增强铁基涂层的组织和性能[J]. 金属热处理, 2022, 47(2): 200-204.
[12]	李亮军, 张家敏, 迟宏宵, 周健. Co微合金化对M2高速钢组织和性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(1): 73-78.
[13]	农鑫, 高金忠, 吴俊武, 师春生, 赵乃勤. 1Cr18Ni9钢螺旋压缩弹簧应力松弛机理[J]. 金属热处理, 2022, 47(1): 106-112.
[14]	王英虎, 郑淮北, 宋令玺, 白青青, 姚斌, 王利伟. 无磁钻铤用0Cr19Mn21Ni2N高氮钢的高温塑性变形行为[J]. 金属热处理, 2022, 47(1): 113-119.
[15]	李昂, 高坤元, 文胜平, 黄晖, 聂祚仁. 冷却条件对5E83铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(1): 130-134.