（材料加工工程专业论文）珠光体可锻铸铁热处理工艺的研究.pdf

垦婴堡三查鲎堡圭兰垡兰塞塑! ! l 摘要 奉课题受云南某玛钢厂的委托，对珠光体可锻铸铁热处理工艺进行研究。研 究的目的是使该厂试制的某型号汽车轴的珠光体可锻铸件的机械性能满足美国 汽车用可锻铸铁件标准a 6 0 2 中m 7 0 0 2 牌号的要求。即，抗拉强度6 2 1 m p a 、延 伸率2 、硬度= h b 2 2 9 2 6 9 ，且最终热处理为液淬+ 回火。本文从以下三个方面 进行了试验。 1 、锰珠光体可锻铸铁的热处理工艺试验。 按铁素体可锻铸铁常规化学成分熔炼铁水。适当提高锰含量，采用退火+ 油 淬+ 高温回火的热处理方法使铸件得到珠光体+ 团絮状石墨( 或絮状石墨) 组织， 机械性能满足m 7 0 0 2 牌号的要求。 2 、有关淬火介质的试验。 采用冷却曲线法，并按j b t 7 9 5 1 2 0 0 4 标准的要求，借助虚拟仪器对纯净水、 n 3 2 机械油、饱和氯化钙水溶液、三硝水溶液、聚乙烯醇水溶液和硅酸盐水溶液 的冷却性能进行铡试。通过对冷却特性曲线的判读和评价，为珠光体可锻铸铁淬 火介质的多样化选择提供理论依据。 3 、普通铁索体可锻铸铁制取珠光体可锻铸铁的热处理工艺试验。 采用冷速较快的淬火介质对铁素体可锻铸铁进行淬火，即使不加入合金，经 高温回火后，铸件同样能够获得珠光体组织和良好的综合机械性能。 本论文以化学成分、热处理工艺、组织与机械性能相互之间的关系为主线。 主要讨论了淬火温度、回火温度及回火保温时间、锰含量、淬火介质冷却速度对 珠光体可锻铸铁组织与机械性能的影响，从而确定了珠光体可锻铸铁第二阶段热 处理的最佳淬火、回火工艺；得到了锰可以显著提高可锻铸铁硬度，饱和氯化钙 水溶液和5 0 6 5 的硅酸盐水溶液均适用于珠光体可锻铸铁淬火介质的结论； 求出了硅酸盐水溶液的“浓度一最大冷速”、“浓度一3 0 0 c 时的冷却速度”及n 3 2 机械油、饱和氯化钙水溶液、5 9 硅酸盐水溶液的硬度一抗敦强度、硬度一延伸率 的回归方程。通过验证，所求回归方程线性相关程度密切，回归显著。 该厂按照试验确定的最佳热处理工艺进行了汽车轴的生产试制，取得满意结 果，组织和机械性能均达到了标准要求目前。该厂已将样品寄至美国。 关键词：珠光体可锻铸铁、热处理工艺、淬火介质 l 垦堕堡王查堂堡主兰堡垒苎型璺竺! a b s t r a c t t h i sp a p e ri so ns t u d yo fh e a tt r e a t m e n to fp e a r l i t i cm a l l e a b l ei r o nr e q u i r e db y y u n n a nf o u n d r ys t e e l t h ea i mo ft h i sp a p e ri st om a k ep e a r l i t i em a l l e a b l ei r o nt o m e e tc l a u s em 7 0 0 2o fu s am a l l e a b l ei r o ns t a n d a r da 6 0 2f o ra u t o m o b i l e ，n a m e l y ， s t r e n g t hi sn ol e s st h a n6 2 1 m p a t e n s i l ed u c t i l i t yi sn ol e s st h a n2 a n dh a r d n e s si s b e t w e e n h b 2 2 9 2 6 9 t h e f i n a lh e a tt r e a t m e n ti s l i q u i dq u e n c h i n ga n d t e m p e r i n g t h i sp a p e ri sm a i n l yt os t u d yt h i sm a t e r i a lo nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s 1 h e a tt r e a t m e n tt e s to fm a n g a n e s ep e a r l i t i cm a l l e a b l ei r o n t h ef e r r i t em a l l e a b l ei r o nw i t hs u i t a b l em ni sm e l t e d h e a tt r e a t m e n to ft h i s m a t e r i a li sa n n e a l i n ga n do i lq u e n c h i n ga n dh i g ht e m p e r a t u r et e m p e r i n g b yt h i sw a y ， i ti sa c q u i r e dt h a tp e a r l i t ea n dg r o u pg r a p h i t e m e c h a n i co ft h i sm a t e r i a lc a nm e e t r e q u i r e m e n to fm 7 0 0 2 2 t e s to fq u e n c h i p gm e d i u m c o o l i n g c u r v em e t h o du s e da n d a c c o r d i n g t o r e q u i r e m e n t o f j b t 7 9 51 - 2 0 0 4 ，c o o l i n gp r o p e r t yo ft h i sm a t e r i a li st e s t e dw i t hv i r t u a li n s t r u m e n t sb y p u r ew a t e r ，n 3 2e n g i n eo i l ，s a t u r a t e d c a l c i u mc h l o r i d es o l u t i o n ，t r i n i t r o w a t e r s o l u t i o n ，p o l y v i n y la l c o h o ls o l u t i o na n d w a t e rg l a s ss o l u t i o n t h r o u g hj u d g m e n t a n da p p r a i s a lo fc o o l i n gc u r v e ，t h e o r yb a s i si s p r o v i d e df o rd i v e r s ec h o i c eo f q u e n c h i n gm e d i u mo fp e a r l i t i cm a l l e a b l ei r o n 3 p r o c e s st e s to f h e a tt r e a t m e n tf o rn o r m a lf e r r i t em a l l e a b l ei r o nt op r o d u c e p e a r l i t i ci r o n w i t h o u ta n ya l l o y 。f e r r i t em a l l e a b l ei r o nc a na c q u i r ep e a r l i t i cs t r u c t u r ea n dw e l l m e c h a n i cp r o p e r t i e sb yq u e n c h i n ga n df a s t e rq u e n c h i n gm e d i u m b a s e do nr e l a t i o n s h i pa m o n gc h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，h e a tt r e a t m e n t ，s t r u c t u r e a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，t h i sp a p e ri sm a i n l yt od i s c u s st h ee f f e c to fq u e n c h i n g t e m p e r a t u r e ，t c m p e d n gt e m p e r a t u r ea n dt e m p e r i n gt i m e ，m np e r c e n t a g ea n dc o o l i n g r a t eo fq u e n c h i n gm e d i u mo ns t r u c t u r ea n dm e c h a n i cp r o p e r t i e s ，w h i c hs e t su pt h e b e s tp r o c e s so fq u e n c h i n ga n dt e m p e r i n gi nt h es e c o n dh e a tt r e a t m e n t ，d r a w su pt h e c o n c l u s i o nt h a tm nc a ni n c r e a s es t r e n g t ho fm a l l e a b l ei r o na n ds a t u r a t e dc a l c i u m c h l o r i d e s o l u t i o na n d5 0 。6 5 s i l i c a t es o l u t i o nc a nb ea p p l i e dt o p e a r l i t i c 昆哪理工人学磺：i 二学位论文 m a l l e a b l ei r o na n dg e t sr e c u r s i v ee q u a t i o no fc o n c e n t r a t i o n m a xc o o l i n gr a t e ， c o n c e n t r a t i o n c o o i n gr a t ea t3 0 0 。cf o rt h es a t u r a t e dc a l c i u mc h l o r i d es o l u t i o na n d s i l i c a t es o l u t i o na n dh a r d n e s s 。s t r e n g t ha n dh a r d n e s s - d u c t i l i t yf o rn 3 2e n g i n eo i l s a t u r a t e dc a l c i u mc h l o r i d es o l u t i o n 5 0 s i l i c a t es o l u t i o n t h el i n er e c u r s i v e r e l a t i o n s h i pi sc l o s ea n dt h er e s u l ti sq u i t ei d e a l y u n a a nf o u n d r ys t e e lu s e dt h eh e a tt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi nt h i sp a p e rt o p r o t o t y p ea x l eo fa u t o m o b i l ea n di t ss t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sc a nm e e t t h er e q u i r e m e n to fm 7 0 q 2 n o ws a m p l e so ft h i s p r o d u c ti s s e n tt ou s af o r c u s t o m e r sc o t l f i r m a t i o n k e yw o r d s ：p e a r l i t i cm a l l e a b l ei r o n ，h e a tt r e a t m e n t ，q u e n c h i n gm e d i u m 附图清单 序号 图题页码 c o l 图1 - 1可锻铸铁在汽车方面的应用 2 c 0 2图1 - 2 珠光体可锻铸铁的空冷组织4 0 0 4 c 0 3图1 - 3 油淬回火马氏体组织2 2 9 h b5 0 0 4 c 0 4图i - 4 某型号汽车轴的零件示意图 6 c 0 5图2 - 1共析钢的奥氏体分解曲线 1 2 c 0 6图2 - 2 马氏体形态示意图 1 9 c 0 7圈3 - 1 热处理工艺曲线 2 4 c 0 8圈3 - 29 5 0 c 、6 h 保温退火状态下的石墨与基体 2 7 c 0 9图3 - 38 5 0 正火显微组织1 0 0 0 x( 锰珠光体可铁) 2 8 c 1 0图3 - 4 不同温度的淬火组织5 0 0 x 2 8 c l l图3 - 5淬火温度、回火温度及保温时间与回火硬度的关系曲线 3 l c 1 2图3 - 6 淬火+ 6 3 0 回火组织5 0 0 3 2 c 1 3 图4 - t镍硅台金圆柱试样心部在5 8 c 水中的冷却曲线 3 6 c 1 4图4 - 2 水的冷却速度曲线( 0 2 0 m m 镊球试样) 4 0 图4 - 3 过饱和硝盐水溶液、水和油的冷却曲线对比 c 1 5 4 l ( e 2 0 m m 银球) c 1 6图4 - 4 试验探头结构与尺寸 4 7 c 1 7圈4 - 5 测温虚拟仪器前面板 5 0 c l 8 图4 - 6l a b v i e w 测温程序框图 5 0 c 1 9 图4 7 测温系统线路图 5 l c 2 0图4 - 8 淬火介质的温度冷却速度曲线5 3 c 2 l图4 - 9 硅酸盐浓度对冷却速度的影响 5 8 c 2 2圈4 - 1 0 硅酸盐浓度对其最大冷速、3 0 0 时冷速的回归 5 9 c 2 3 图4 - 1 1 淬火介质温度时问曲线与荚析钢c c t 曲线的关系 6 2 c 2 4 图5 - 18 5 0 c 正火显微组织1 0 0 0 x 6 8 c 2 5图5 - 2 试样淬火后的裂纹形态7 l i x 昆明理工人学碗j ：学位论文 附蹦i i i ，单 图5 - 38 5 0 淬饱和氯化钙水溶液+ 5 5 0 c 回火l h 的 c 2 6 7 2 显微组织5 0 0 圈5 - 48 5 0 c 淬5 0 硅酸盐水溶液+ th ( 2 h ) 的显微组织 c 2 7 7 4 5 0 0 父 图5 - 5淬入不同介质的试棒在不同回火工艺状态下的 c 2 87 5 显微组织5 0 0 c 2 9 图5 - 6普通铁素体可锻铸铁制取成璩光体可锻铸铁时硬度对 7 6 抗拉强度、延伸率的回归 x 昆明理工大学硕二学位论文 附表清单 附表清单 序号 表题页码 d 0 1表2 1硅、锰、磷对共析转变温度的影响 9 d 0 2表2 2 舆氏体化温度与奥氏体含碳量的关系 1 0 d 0 3表2 3 铁索体可锻铸铁的碳硅总羹 1 5 d 0 4表2 4 预处理的作用及影响 1 7 d 0 5表2 5 珠光体可锻铸铁退火工艺 1 8 d 0 6表3 1 试验设备清单 2 3 d 0 7表3 2 试验材料清单( 锰珠光体可铁) 2 4 d 0 8衰3 3 化学成分( 质量分数)2 4 d 0 9表3 4 淬火试验方案 2 5 d 1 0表3 5 回火试验方案 2 6 d 1 1表3 6 试棒正火后的机械性能 ( 锰珠光体可铁) 2 7 d 1 2表3 7 试样在不同淬火温度下的硬度检测值( h r c )2 9 d 1 3表3 8 不同淬火、回火温度及保温时闻下的硬度检测值( h r c )3 1 d 1 4表3 9 不同淬火温度对组织和机械性能的影响3 3 d 1 5表3 1 0 锰珠光体可锻铸铁正火、回火组织及机械性能对比3 3 d 1 6 表4 1i s o 冷却时问和冷却速度的要求 4 5 d 1 7 表4 2i s o 参照油及相近油的指标 4 5 d 1 8 表4 3 参照油冷却性能 4 5 d 1 9 表4 43 0 1 2 自来水冷却性能4 6 d 2 0表4 5 探头标定结果4 7 d 2 l表4 6 不同淬火介质( 室温) 的冷却时间5 7 d 2 2表4 7 不同淬火介质( 室温) 的冷却速度5 7 d 2 3表4 8 硅酸盐浓度对速度的回归计算6 0 d 2 4 表4 9 硅酸盐浓度对速度的回归方差分析 6 l d 2 5 表4 1 0 硅酸盐壳层在探头表面形成和破裂瞬间的温度 6 l d 2 6 表5 1 试验材料清单 6 5 d 2 7 表5 2 试棒化学成分( 质量分数，) 6 6 x i 昆i 珊理工久学碗：i ：学位论文 附衰浒单 d 2 8表5 3 回火温度设计方案 6 7 d 2 9表5 4 试棒正火后的机械性能 6 8 d 3 0 表5 5试样在不同淬火介质和淬火状态下的淬火硬度及状况 6 9 d 3 1表5 6 不同含锰量试样的回火硬度7 l d 3 2 袭5 7 试棒回火温度、回火保演时间与组织及机械性能的关系 7 2 d 3 3 表5 。8 硬度对抗拉强度及延伸率的回归计算 7 6 d 3 4表5 。9 硬度对抗拉强度及延伸率的回归方差分析7 7 d 3 5 表5 1 0 淬火介质的原料成本价 7 8 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或我个 人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本 - 声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：拾诗 日期：湔年石月日 关于论文使用授权的说明 本人完金了解昆明理王大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：耋墨垄 论文作者签名：笙金趋 日 期：) 印r年占月日 昆明挫二亡大学碗| ：学位论文 第一章缝论 第一章绪论 1 1可锻铸铁发展简史 可锻铸铁也叫展性铸铁或韧性铸铁。按热处理条件的不同可分为石墨化退火 可锻铸铁和脱碳退火可锻铸铁两大类。可锻铸铁其实并不可锻，只不过和灰铸铁 一样有较高的含碳量，因而铸造性能良好。采用热处理的方法，可以使其成为像 钢一样具有延性的高强度铸铁。 我国是最早发明和生产可锻铸铁的国家。根据对出土文物的考证，我国可锻 铸铁的生产始于公元前四世纪战国时代。众多的战国出土铁器中有很多可锻铸铁 件。如1 9 5 7 年在湖南长沙出土的战罾铁铲，1 9 7 4 年洛阳出土的铁锛。湖北大冶 铜绿山古矿遗址发现的战圜时期的铁锄、铁斧、铁锤等矿业用具。辉县出土的战 国中期的铁带钩，易县燕下都出士的战国晚期的铁镢、锄等都是可锻铸铁件”1 。 石墨化退火可锻铸铁按退火工艺的不同育“白心”和“黑心”之分。关于自 口铸铁可锻化热处理的最早著作是法国物理学家r e a u m u r 于1 7 6 2 年发表的 “n o u v e la r t d a d o u c i r l ef e rf o u d u ”。 1 7 2 0 1 7 2 2 年，r e a u m u r 发明了称之为“欧洲法”的白心可锻铸铁生产方法。 这种铸铁，基体组织表现为外缘为铁索体，囱内由于脱碳不完全，珠光体量逐渐 增加。并有少量的渗碳体，具有焊接性。1 8 2 0 年，美国入s e t hb o y d e n 偶然得 到了铁素体基体豹铁素体可锻铸铁并将其生产方法称之为“美国法”，即黑心 可锻铸铁。1 9 1 9 年，e n r i q u et o u c e d a 酋次提出制造珠光体可锻铸铁的可能性。 以后，l a u e n s t e i n 和h a y e s 等人进一步加以发展，以致使制造方法达到标准化0 1 。 自此，人们根据所需要的基体，采取不同的热处理工艺可获得以铁素体基体为主 的铁索体可锻铸铁，也可获褥以珠光体基体为主的珠光体可锻铸铁。 1 。2 珠光体可锻铸铁的国内外生产和研究 1 2 1 国外生产和研究 通过查阅相关国外文献“h 盯可以获知，同中碳钢一样，采用热处理的方法 可以使可锻铸铁获得的机械性能在较宽的范圈内变化。而机械性能的不同。实质 上归结于铸件基体组织的不同。通过控制化学成分和采用不同的热处理方法可以 得到不同组织的可锻铸铁由于机械性能与组织是紧密关联的。所以控制显微组 1 昆咧理工大学硕士学位论文第一章姥论 织和基体硬度就可以达到控制铸件机械性能的目的。对铁素体可锻铸铁来说，其 延展性较好强度、硬度低。而珠光体可锻铸铁则相反。如果要获得机械性能要 求不高的珠光体可锻铸铁，则采用第一阶段退火后再空冷的方法就可以获得。而 对于综合机械性能良好的珠光体可锻铸铁件则需要在第一阶段完全退火后再进 行液淬的方法得到这与我国铸铁手册珠光体可锻铸铁退火工艺的论述是 致的。 在可锻铸铁生产方面，对于壁厚较大的可锻铸件，通常是采用低碳、低硅的 熔炼方法或通过加入合金元素的方法来生产。但是。低碳低硅又使可锻铸件在第 阶段退火方面的时间大大延长因此在国外，许多铸造厂不愿意生产壁厚为 4 0 m m 以上的可锻铸件，但也有一些铸造厂生产的可锻铸件壁厚达到l o o m m a ) b ) 2 昆州理工人学砸：学位论文 第一乖绪论 d ) 图卜1可锻铸铁在汽车方面的应用1 a ) 引擎活塞b ) 驱动杆c ) 连杆d ) 舵齿轮壳 铁索体和珠光体可锻铸铁在汽车、火车、框架、挂钩、车轮等领域的应用非 常之多，以及一魑特别的运输工具、容器、轴承帽、舵齿轮壳、弹簧吊钩、通用 接头、自动传输装置、摇臂、制动片、轮轴及许多其它形形色色的铸件，如图 1 - 1 所示。 铁索体和珠光体可锻铸铁在铁路工业、农用机械、管路连接件、军工器械、 电力线路金具、手用工具和满足于其他机械性能要求的薄壁中小件等方砸的应用 较多。这是因为可锻铸铁具有优良的机械性能，且低温冲击韧度和切削性能较好 的缘故。珠光体可锻铸铁的耐磨性优于普通碳素钢，适合于强度要求高，且有一 定耐磨性要求钓零件，如农用器具、车轮等。此外，珠光体可锻铸铁在耐热性方 面也优予灰铸铁。 在珠光体可锻铸铁制取方面，第一阶段的热处理方式与铁索体可锻铸铁相 同。一些铸造厂将铸件随炉冷却至8 7 0 c ( 1 6 0 0 。f ) ，待奥氏体碳含量降至0 7 5 后出炉空冷。此时，如果采用快速风冷，可避免铁素体包围在回火碳粒周围形成 “牛眼”组织而获褥良好的珠光体组织，如圈1 - 2a ) 所示，然后再按工艺要求 进行回火。或者重新加热到8 7 0 c 重新奥氏体化，再油淬和回火。大型铸造厂通 常省去重新加热再奥氏体化的步骤，在完成第一阶段石墨化退火后随炉冷却至 8 4 5 8 7 0 ，保温1 5 3 0 分钟，直至基体组织均匀，随即淬入流动的淬火油中， 图i - 2 珠光体可锻铸铁的空冷组织4 0 0 a ) 快速风冷b ) 缓慢空冷 使基体转变成为h b 4 1 5 6 0 1 ( 相当于h r c 4 4 。5 5 ) 的马氏体基体组织。最后，再 将淬火后的铸件在5 9 0 7 2 5 之间选择一个合适的温度进行回火，使铸件获 得指定的机械性能，使最终的组织由回火马氏体和石墨构成，如图i - 3 所示。如 果铸件壁薄或j 卒火时冷却速度够快，可使铸件硬度达到h b 2 6 9 3 2 1 ( 相当于 h r c 2 8 3 5 ) 。这种经第一阶段退火后宜接淬火加回火的方法在国外的可锻铸铁生 产中被誉为最经济的生产工艺，可以得到组织均匀、综合机械性能较高、质量较 好的可锻铸件。 1 2 2 国内生产和研究 在国内，珠光体可锻铸铁的制造方法与国外基本相同，主要有三种：1 、改 变热处理规范的方法；2 、将铁索体可锻铸 铁再进行热处理的方法：3 、加入合金元素 的方法 m 儿”。其中，改变热处理规范的方 法是将化学成分与铁索体可锻铸铁相同的 臼口坯件，通过改变它的热处理规范进行珠 光体化处理的方法。具体操作是在完成第 第一阶段石墨化退火后，立即进行空淬或油 淬，再在6 5 0 7 3 0 c 的温度范围内进行短时图i - 3 油淬回火马氏体组织2 2 9 h b 回火，获得珠光体组织；也可将完全石墨化后5 0 0 w 的铸件经淬火后再回火的方式得到珠光体而铁索体可锻铸铁再进行热处理的方 法则是一种适合于小批量生产的方法。具体操作是，把铁索体基体的可锻铸铁件 进行加热，在8 2 0 9 0 0 c 的温度范围进行空淬或油淬，之后在6 5 0 7 3 0 c 温度 下进行短时粒化处理。第三种方法是加入合金元素法。这是一种通过加入合金元 4 垦塑曼王叁竺堡：! ：堂竺丝苎 ： 墨二垦堑矍 索如锰、钼、铬等使珠光体粒化的方法。具体操作是，在完成第一阶段石墨化 逼火后空冷至5 0 0 c 左右，然后再次加热，在7 0 0 c 左右保温2 0 3 0 小时进行粒 化处理。但是，这些方法第一阶段石墨化退火的时间都较长。因而，随着珠光体 可锻铸铁应用范围的不断扩大。国内外可锻铸铁研究者通过研究，提出了许多有 效缩短第一阶段石墨化退火周期、降低能耗的新工艺“吣“”，使高温石墨化退 火时间缩短到2 4 小时】，然后再利用退火余热冷却得到综合机械性能良好的 珠光体可锻铸铁。现在，大多数工艺利用退火余热在8 6 0 8 9 0 范围空冷或空 冷后重新淬火回火以得到珠光体。但这种方法易得到机械性能不佳的粗片状珠光 体。因此，为获得细片状索氏体组织仍局限于滓火加高温回火1 。 生产应用方面，河北省辛集市玛钢厂在生产铁索体可锻铸铁的工艺条件下， 采用加入锑、锰、铜合金元素的工艺方法错取k t z 4 5 5 珠光体可锻铸铁取得了成 效，使铸件抗拉强度达到4 5 0 4 9 0 m p a 、延伸率达到5 3 5 8 、硬度为h b l 8 5 “”。 辽宁工学院李德等人采用低温快速正火的方法，通过增加铁索体可锻铸铁中 珠光体的含量，将输电网路金具的硬度由原来的h b l 2 0 提高到h b l 8 5 ，使其耐磨性 得到了有效提高，延长了使用寿命“”。 南昌大学陈国香等人通过试验，对k t z 7 0 0 - 2 珠光体可锻铸铁的铜合金化和 热处理工艺进行了研究。试验结果表明，第一阶段石墨化后，继续保温对力学性 能影响不大；采用油淬+ 回火的工艺方法获得的力学性能较正火的要好等结论， 并将研究结果实际用于摩托车凸轮轴的生产取得了良好的效果“”。 贾枫美等人通过改进熔炼工艺、采用进口自动化造型机适型并进行退火+ 淬 火+ 回火的特殊热处理工艺( 文中未对热处理工艺参数进行说明) 等措施，成功 开发了c h e r o k e e 发动机可锻铸铁连杆技术。使其机械性能达到进口件水平填 补了国内无可锻铸铁连杆生产的空白“”。 1 3 选题背景及意义 1 3 1 选韪背景 本课题受云南某玛钢厂的委托，对珠光体可锻铸铁热处理工艺进行研究该 玛钢厂是以铸造为主的专业厂，年生产铁索体可锻铸铁、球墨铸铁等各类铸件一 万五千吨，是目前中嗣西南地区规模最大豹可锻铸铁铸造企业，也是国家定点、 国内晟大的建筑扣件专业化生产公司。该厂铸件远销美国、澳大利亚、英国等发 达菌家，有自营出口权为不断开发国际市场扩大出口创汇。该厂与昆明理工 垦塑墨三盔竺堡：! ：兰丝笙兰 ：苎二皇堕塑 素，如锰、钼、铬等使珠光体粒化的方法。具体操作是在完成第一阶段石墨化 逼火后空冷至5 0 0 c 左右，然后再次加热。在7 0 0 左右保温2 0 3 0 小时进行粒 化处理。但是，这些方法第一阶段石墨化退火的时间都较长。因而，随着珠光体 可锻铸铁应用范围的不断扩大。国内外可锻铸铁研究者通过研究，提出了许多有 效缩短第一阶段石墨化退火周期、降低能耗的新工艺“”“”3 ，使高温石墨化退 火时问缩短到2 4 小时”“，然后再利用退火余热冷却得到综合机械性能良好的 璩光体可锻铸铁。现在。大多数工艺利用退火余熟在8 6 0 8 9 0 范围空冷或空 冷后重新淬火回火以得到碌光体。但这种方法易得到机械性能不佳的粗片状珠光 体。因此，为获得细片状索氏体组织仍局限于淬火加高温回火。 生产应用方面，河北省辛集市玛钢厂在生产铁索体可锻铸铁的工艺条件下， 采用加入锑、锰、铜合金元素的工艺方法镪取k t z 4 5 - 5 珠光体可锻铸铁取得了成 效，使铸件抗拉强度达到4 5 0 4 9 0 m p a 、延伸宰选到5 3 5 8 、硬度为h b l 8 5 “”。 辽宁工学院李德等人采用低温快速正火的方法，通过增加铁素体可锻铸铁中 珠光体的含量，将输电网路金具的硬度由原来的h b l 2 0 提高到h b l 8 5 ，使其耐磨性 得到了有效提高，延长了使用寿命“。 南昌大学陈国香等人通过试验。对k t z t 0 0 - 2 珠光体可锻铸铁的铜台金化和 热处理工艺进行了研究。试验结果表明，第一阶段石墨化后，继续保温对力学性 能影响不大；采用油淬+ 回火的工艺方法获得的力学性能较正火的要好等结论， 并将研究结果实际用于摩托车凸轮轴的生产，取得了良好的效果。 贾枫美等人通过改进熔炼工艺、采用进口自动化造型机造型井进行退火+ 淬 火+ 回火的特殊热处理工艺( 文中未对热处理工艺参数进行说明) 等措施，成功 开发了c h e r o k e e 发动机可锻铸铁连杆技术。使萁机械性能达到进口件水平，填 补了国内无可锻铸铁连杆生产的空白“”。 1 3 选题背景及意义 1 3 1 选题背景 本课题受云南某玛钢厂的委托。对珠光体可锻铸铁热处理工艺进行研究。该 玛钢厂是班铸造为主的专业厂年生产铁索律可锻铸铁、球墨铸铁等各类铸件一 万五千吨- 是目前中国西南地区规模最丈的可锻铸铁铸造企业，也是国家定点、 国内最大的建筑扣件专业化生产公司。该厂铸件远销美国、澳大利亚、英国等发 达国家有自营出口权- 为不断开发国际市场，扩大出口创汇。该厂与昆明理工 达茵家，有自营出口投。为不断开发国际市场，扩大出口创汇。该广与昆明理工 昆1 9 j 理工人学坝。j ：学位论文第一常缔论 大学机电学院材料成型与控制研究所建立了长期合作关系。旨在通过合作，帮助 解决该厂新产品开发、试制过程中出现的问题并深入到理论研究，使产品从内( 组 织和性能) 到外( 外观和尺寸) 均符合其规定的要求。 目前。美国通用汽车公司准备将部分汽车配件的铸件转到我国内地生产寻 找可按美国a 6 0 2 汽车用可锻铸铁件标准生产铸件的厂家。云南某玛钢厂准备为 美国通用汽车公司试生产某型号汽车轴的可锻铸件。如图i - 4 所示。该轴的铸件 壁厚为7 7 5 1 3 1 5 m m ，牌号为m 7 0 0 2 。按美国a 6 0 2 标准的要求该牌号铸件的 机械性能为抗拉强度6 2 1 m p a 、延伸率2 、硬度= h b 2 2 9 2 6 9 ，最终热处理为 液淬+ 回火。 本课题任务就是研究生产汽车用珠光体可锻铸铁件的热处理工艺使该厂能 够生产满足美国a 6 0 2 标准要求的璩光体可锻铸铁件。同时，也为生产铁索体可 锻铸铁的厂家制取珠光体可锻铸铁提供一套可靠的工艺方法。 幽卜4 采型号汽军轴的零件示慈图 1 3 2 选题意义 珠光体可锻铸铁由于具有强度、硬度高，耐磨性好等优点，常被用来铡造承 受冲击、振动、要求低温性能好的耐磨零件“”，其应用范围正在不断扩大。如 粒状珠光体和台金珠光体，其良好的综合机械性能可用来制造曲轴、连杆、凸轮 轴、齿轮等。2 0 世纪8 0 年代开始，美蓐的可锻铸铁中就有3 0 是珠光体可锻铸 铁a 联邦德国、日本、意大利、英国、法国、前苏联等国珠光体可锻铸铁都大批 量生产，占一定的比例而我国当时可锻铸铁的产量已跃居世界第二位，出口量 也在国际市场上占一定的比重“”。 但是，在我国可锻铸铁的生产主要以铁索体可锻铸铁为主，珠光体可锻铸 铁的研究和应用较少其主要原因是我国国内珠光体可锻铸铁的霈要量远不如铁 素体可锻铸铁的大然而，珠光体可锻铸铁却困其良好的综合机械性能，越来越 广泛地应用于各种机械产品的零部件当中，代替了部分中碳钢、低合金结构钢、 6 昆伽理工大学碰：l 二学位论文第一章绪论 有色金属制品及农业和军用地面零件的制造”。因此，有相当部分的国外厂商 将眼光瞄准了我国的专业铸造生产厂，并向我国迸口珠光体可锻铸铁件。如美国 通用汽车公司。怎样在大批量生产铁索体可锻铸铁的同时也能够批量生产珠光体 可锻铸铁是我国可锻铸铁生产厂遇到的新课题。目前。国内很多铸造厂家已意识 到这点并从热处理方面和加入合金方面积极进行制取珠光体可锻铸铁的研究和 试制。预计，我国珠光体可锻铸铁的生产量将会有比较大的提高。因此，研究制 取珠光体可锻铸铁的工艺方法具有显而易见的理论和现实意义。 i 。4 本文研究目标及研究方案 1 4 1 研究目标 本课题的总体研究目标是：根据玛钢厂的实际生产状况和生产条件，研究与 某型号汽车轴化学成分相配合的热处理工艺且研究的重点放在第二阶段淬火、 回火温度及回火保温时间的确定及淬火介质的选择上。 1 。4 2 研究方案 从国内外珠光体可锻铸铁的生产情况和美国汽车用可锻铸铁件标准a 6 0 2 的 要求来看，要获得综合机械性能良好的珠光体可锻铸铁件。通常采用油淬+ 回火 的热处理工艺。但从玛钢厂提供的铁索体可锻铸铁的化学成分来看，锰的含量在 0 4 左右，相对较低。如果使用普通机械油作为淬火介质对铸件进行淬火，由于 油的冷却速度较慢，工件在冷却时不容易躲开c c t 曲线的鼻子快速进入马氏体转 变，从而不能完全得到淬火马氏体。工件不能淬透，则硬度降低，强度下降。要 想使铸件整个断面获得完全马氏体有两种方法。一是在铸铁熔炼过程中加入一定 的合金元素，使其c 曲线右移，使用油淬就可以获得满意的机械性能。二是选择 适宜的淬火介质加速奥氏体的冷却速度。因此，本试验准备从这两个方面入手进 行研究。 第一，在铁素体可锻铸铁化学成分的基础上适当增加锰含量，采用油淬+ 回 火的方法，研究珠光体可锻铸铁的热处理工艺。 第二，选择适宜的淬火介质，不加任何台金元素，研究使用普通铁索体可锻 铸铁制取珠光体可锻铸铁的热处理工艺。为此，本课题主要完成以下任务： i 4 2 1 锰珠光体可锻铸铁热处理工艺试验方案 按铁索体可锻铸铁的化学成分进行熔炼适当提高锰含燕。浇注试棒、试样。 昆 9 j 理t 人学顷士学位论文 第一章绪论 经第一阶段9 5 0 1 2 石墨化退火保温，待渗碳体完全分解完毕，直接从9 5 0 1 2 出炉 空冷，然后按预先设计的方案进行第二阶段的淬火、回火工艺试验。采用打回火 硬度的方法来调整回火温度和回火保温时间。使试棒抗拉强度、延伸率及硬度满 足工艺指标。通过讨论淬火温度对组织、硬度的影响及淬火、回火温度、保温时 间对组织和机械性能的影响来确定锰珠光体可锻铸铁的最佳淬火温度、回火温度 及最佳回火保温时阉： 1 4 2 2 有关淬火介质的试验方案 采用冷却曲线法并借助虚拟仪器对水、油、无机水溶液、高分子聚合物水溶 液等淬火介质的冷却性能进行测试，求出其相应的温度时间曲线和温度速度曲 线。通过对冷却特性曲线的判读和评价，并结合共析钢的奥氏体连续冷却转变曲 线，讨论冷却速度对组织和性能的影响，为珠光体可锻铸铁淬火介质的选择提供 理论依据。 1 4 2 3 普通铁素体可锻铸铁制取臻光体可锻铸铁的热处理工艺试验方案 按铁索体可锻铸铁的化学成分进行熔炼，经第一阶段9 5 0 石墨化退火保 温，待渗碳体完全分解完毕。直接从9 5 0 ( 2 出炉空冷，然后按淬火+ 高温回火的 热处理工艺进行多种淬火介质的淬火试验。仍旧采用硬度控制性能的方法，调整 回火温度及网火保温时阃，使试棒最终得到的抗拉强度、延伸率满足m 7 0 0 2 牌号 的标准。通过讨论淬火介质冷却速度对珠光体可锻铸铁组织和硬度的影响、锰对 珠光体可锻铸铁组织和硬度的影响及回火湿度、回火保温时间对组织鞫机城性能 的影响、试棒淬入不同淬火介质后再回火得到的组织和机械性能对比等，制定出 酱通铁素体可锻铸铁制取珠光体可锻铸铁的最佳回火温度及回火保温时间，并为 珠光体可锻铸铁找到一种或几种有效淬火介质，使其在淬火介质选择方面多样 化。 第二章可锻铸铁热处理相关理论分析 为使铸铁获得相应的机械性能，常常采用热处理的方法来改变