先进制造技术

本发明涉及金属铸造技术领域，具体公开一种耐磨高锰钢及其制备方法。本发明提供的耐磨高锰钢由以下化学成分组成：C：0.05%~0.15%，Mn：12%~28%，Al：8%~12%，Si：0.3%~0.9%，Mo：0.05%~0.12%，Ti：0.05%~0.15%，V：0.05%~0.10%，Ni：3%~8%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的高锰钢以碳、锰和铝为主要元素，进一步通过控制硅、钼、钛、钒和镍的加入量，各元素之间复合强化，通过稳定奥氏体、促进B2相析出、促进碳化物的形成以及抑制纳米析出相粗化等多方面来改善高锰钢的强度和耐磨性，对投入实际生产具有重要的实用价值。

高锰钢是一种不可缺少且使用量巨大的传统金属材料，被广泛应用于汽车、铁路、农机具等领域，因此，这就要求现有高锰钢需要兼具有轻质、高强和耐磨的特点。然而，现有的高锰钢在强度和耐磨性的提升方面仍然存在一定的局限性，目前，研究者通常通过在高锰钢中添加一定量的合金元素来提高高锰钢的强度，但是合金元素的添加会增加材料的成本，并且合金元素添加不当还会影响材料的其他性能；也有研究者通过对高锰钢表面进行氮化工艺以进一步提高高锰钢的耐磨性，但是表面强化技术可能增加制造成本，且对材料表面的处理需要精准控制，否则会对材料整体性能产生不利影响。因此，针对现有高锰钢处理工艺复杂且无法使制备的高锰钢兼具有高强度和高耐磨性的问题，提供一种耐磨高锰钢及其制备方法具有重要意义。

相对于现有技术，本发明提供的耐磨高锰钢基于低碳、高锰和高铝的轻量化设计理念，辅助添加了硅、钼、钛、钒和镍几种合金元素，其中，铝元素不仅能使高锰钢达到轻量化效果，特定含量的铝元素还能通过生成B2相进而提高高锰钢的强度和耐磨性；镍元素在保证高锰钢的奥氏体稳定的前提下，还能协同铝生成稳定的B2相，进而提高高锰钢的强度和耐磨性；本发明进一步限定的镍元素含量，有利于使B2相的析出量达到最大，进而最大程度地提高高锰钢的性能；钼、钛和钒的添加，能使高锰钢在加工过程中形成碳化物，进而提高高锰钢的耐磨性，并且，碳化物还能通过抑制晶粒生长并在晶界处析出进一步提高高锰钢的强度；通过限定钼元素的含量，还可以有效地阻碍纳米析出相的粗化，使高锰钢的强度和耐磨性能更加优异。