0 前言

高锰钢ZGMn13经水切处理后具有很好的韧性、延性、良好的拉力和极高的抗剪强度, 在冲击载荷作用下高锰钢表面变硬使其耐磨, 其内层金属保持原有延性而韧性变化不大。国内外广泛采用爆炸硬化方法来预硬高锰钢整铸铸件。很多作者^〔1~6〕对其硬化机理进行了研究, 提出冷作硬化机理和相变硬化机理, 本文用透射电镜、阳极X射线衍射仪观察爆硬处理的高锰钢件及其使用后的样品，证实为冷作硬化机理。

1 实验方法 1.1 实验材料

ZGMnl3  优质高锰钢(Mn 12.08%, C 1.1%, S 0.00%, P 0.11%, Si 0.65%, Fe 85.99%)。经水韧处理后为均匀奥氏体组织。试件为锤破机锤头。

1.2 爆炸硬化工艺

用砂轮打磨表画去除粘沙、龟纹和脱炭层, 用磁铁检查, 打磨前呈弱磁性, 打磨后应无磁性。采用特种爆硬炸药密度ρ = 1.42g/cm³, 爆速D = 6700^m/s, 爆轰压力pc-j = 1.6×10¹⁰Pa, 锤头四面敷药, 雷管搁在棱上起爆, 这样在锤头切面上应力波传播较简单, 仅只一条45°角的相会线0~0' (图 1)。

1.3 测试方法

取样制片用Neophot-2型大型光学显微镜观测晶粒大小。用H-800透射电镜观察样品的栾品和位错情况, 观察样品是否出现新的相。用RAX-10全自动旋转阳极X射线衍射仪检测样品是否存在新的品面指数。

2 实验结果

爆硬处理与未爆硬处理的高锰钢的抛光样品的显微照片示于图 2。发现爆硬处理后的晶粒比未处理的要细, 未爆硬处理的晶粒平均直径约为0.7~1.0 mm, 爆硬处理后平均约为0.2~0.4 mm。从透射电镜照片(图 3)可以看出, 爆硬处理后表面出现大量孪品, 在距表面10mm深处仍具有大量的孪晶和位错, 从斑点照片分析未发现新的相。高锰钢X衍射谱(图 4)只有γ奥氏体的晶面指数〔111〕、〔200〕、〔311〕、〔222〕, 未发现其他相的晶面指数。

3 讨论

高锰钢硬化机理已有很多科技工作者进行了探讨。无论在静载荷还是在爆炸载荷作用下, 高锰钢的硬化机理, Champion A. R.^〔1〕和Deribas A. A. ^〔2〕等均认为是冷作硬化机理, 金相显微观察到的是晶粒细化、位错、堆垛层错和孪晶。Roberts W.N. ^〔3〕认为, 高锰钢承受拉伸或爆炸载荷时主要是孪晶使之硬化, 在锤击试件中观察到了ε马氏体但无α马氏体。Dastur Y. N. ^〔4〕则认为, 在高锰钢中没有由应变诱发的相变。Березина H. B. ^〔5〕用透射电镜观察到了在爆炸载荷作用下(Γ-75^〔6〕, ρ = 1.56^g/cm³, D=7690 m/s, p=0.6~1.8×10¹⁰ Pa), 在高锰钢中有ε和α马氏体。高锰钢爆硬处理后本文观察到了晶粒细化, 大量位错和孪晶, 又一次证实了高锰钢爆炸硬化机理是冷作硬化机理。但是, 我们未发现新的相, 并不否认在爆炸载荷作用下出现奥氏体转变为低碳马氏体的可能性。

4 结语

a.高锰钢在爆炸载荷作用下出现晶粒细化、大量位错和孪晶, 使之硬化, 即高锰钢硬化机理早冷作硬化机理。

b.高锰钢爆炸硬化不局限于表面层, 在距表面10mm深处仍有大量位错和孪晶。

c.经爆炸硬化处理的高锰钢件使用后, 表面仍有大量的孪晶, 即硬化层在使用过程中不断磨耗, 同时又不断建立新的。