热处理对高铬铸铁凝固组织及力学性能的影响_图文

1、材料热处理技术Material &Heat Treatment 2009年1月热处理对高铬铸铁凝固组织及力学性能的影响刘玉高1，马幼平2，吕宝君1，李少红1(1.青岛农业大学机电工程学院, 山东青岛266109; 2. 西安建筑科技大学冶金工程学院, 陕西西安710055摘要：对高铬铸铁凝固组织进行热处理，力求改善高铬铸铁中基体组织、碳化物的尺寸、形态和分布，使之充分发挥材料潜力。研究结果表明：经热处理后，高铬白口铸铁中初生奥氏体的稳定性下降，在随后的冷却过程中转变为马氏体组织，而碳化物的形貌略有改善；在力学性能方面表现为较高的硬度和一定韧性的较佳匹配。关键词：高铬铸铁；碳化物；热处理

2、中图分类号：TG163文献标识码：A文章编号：1001-3814(200902-0118-03Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties ofHigh Chromium Cast IronLIU Yugao 1, MA Youping 2, LU Baojun 1, LI Shaohong 1(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Qidao Agricultural University, Qidao 266109, China; 2

3、. School of Metallurgic Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China Abstract ：Aiming to improve the size, shape and distribution of base microstructure and carbides, the heat treatment of high chromium cast iron was carried out. The results show that:aft

4、er heat treatment, the stability of primary austenite in high chromium cast iron declines and subsequently transforms into martensite, the carbide morphology improves in some sort, resulting in the preferable matching of high hardness and favorable toughness.Key words ：high chromium cast iron; carbi

5、des; heat treatment高铬铸铁因为Cr 的加入使碳化物类型由本实验采用的高铬铸铁试样中Cr 、Si 、Mn 、M 3C 型碳化物变成具有较高硬度和较高韧性的M 7C 3型碳化物，从而提高了高铬铸铁的抗磨性，使之作为耐磨材料得到了广泛应用，并获得显著的经济效益1-3。但高铬铸铁的韧性仍显不足，高铬白口铸铁构件在使用过程中经常表现为脆性断裂，限制了它的进一步应用。文献4研究结果表明：低铬白口铸铁通过高温热处理可以使碳化物团球化，从而提高韧性。文献5的试验研究表明提高淬火温度，使得网状碳化物的薄弱地方断开，有利于提高低铬白口铸铁的韧性。如果采用合理的热处理工艺，使高铬铸铁的基体变为马

6、氏体组织，碳化物的形貌进一步改善，从而使高铬铸铁的韧性和硬度达到了较好的匹配，将会扩大其应用范围，延长高铬白口铸铁耐磨件的使用寿命。Cu 、P 、S 的含量(质量分数，%均不变，分别为15Cr ，0.5Si ，0.5Mn ，0.3Cu ，0.025P ，0.033S ；而碳的含量不同，分别为2.4%、2.6%、2.8%和3.0%，依含C 量不同将试样编号为1#、2#、3#和4#。1.2试验过程把原材料按设计成分配料，放入高频感应炉中熔炼，熔炼温度为1450，浇铸到预先制好的砂型中，制成15mm ×15mm ×85mm 的标准试样。冷却至室温后再进行清砂。在前期凝固实验的基础

7、上，采用固态热处理对高铬白口铸铁进行处理，热处理工艺参数为1050，保温时间4h ，加热时随炉升温，加热保温完毕后空冷至室温。实验采用的热处理设备为25kW 箱式电阻炉。加热过程中为防止脱碳，对高铬白口铸铁采用铸铁粉包敷处理。铸态试样经清砂后，在砂轮机上打磨成10mm ×10mm ×55mm 的标准冲击试样，试样无缺口，每组两根。选用上海试验机械制造厂生产的36kg m 冲击试验机测量试样的冲击韧度(k 。冲击试验后，采用洛氏硬度计测量试样的硬度值(HRC。采用日产型号为1实验材料及方法1.1成分设计收稿日期:2008-09-22作者简介:刘玉高(1969-,男, 山东莱阳

8、人, 讲师, 硕士, 主要从事金属材料凝固及热处理技术研究; 电话E-mail:ygliu638GX-51的Olympus 金相显微镜观察金相组织，采Hot Working Technology 2009, Vol.38,No.2118下半月出版用定量金相的方法确定组织含量，并对典型组织进行拍照，得到金相组织图。Material &Heat Treatment 材料热处理技术金相组织结合显微硬度分析看，所有试样组织均由马氏体和共晶组织组成。其中1#试样由50%共晶组织+50%马氏体组成；2#试样由40%共晶组织+60%马氏体组成；3#试样由30%共晶组织+2实

9、验结果铸态试样和热处理后的试样的力学性能见表1。表1铸态及热处理态试样的力学性能70%马氏体组成；4#试样由20%共晶组织+80%马氏体组成。Tab.1The mechanical properties of specimen as -castand heat treated铸态热处理态3分析与讨论从图1、图2和表1可以看出，高铬铸铁凝固1#冲击韧度/(J·cm -2硬度(HRC2#17503#16524#14561#17532#15533#16554#15561945组织及力学性能有如下特征：含碳量较低时(试样1 ，铸态组织由初生奥氏体和共晶组织组成，共晶组织包括共晶碳化物和共晶奥

10、氏体。随含碳量的增加(试样2试样4 ，初生奥氏体的稳定性下降，倾向于转变为马氏体组织，使得奥氏体量逐渐减少，而马氏体和共晶组织量逐渐增多。力学性能表现为硬度有所提高，韧性有所降低。经热处理后，由于在高温下，铬、碳等原子的试样3试样4图1为高铬铸铁铸态组织，其中1#试样由85%奥氏体+15%共晶组织组成；2#试样由70%奥氏体+20%共晶组织+10%马氏体组成；3#试样由40%奥氏体+30%共晶组织+30%马氏体组成；4#试样由20%奥氏体+40%共晶组织+40%马氏体组成。图2为各铸态试样经热处理后的金相组织，由试样1试样2×400×400×400×40

11、0图1铸态组织Fig.1The microstructure of specimen as-cast试样1试样2试样3试样4×400×400×400×400图2热处理态组织Fig.2The microstructure of heat treated specimen扩散能力提高，在1050保温过程中，初生奥氏体中的C 、Cr 容易聚集，生成碳化物，从而使得初生奥氏体中的C 、Cr 含量下降，降低了初生奥氏体的稳定性，在随后的冷却过程中转变为相对稳定的马氏体组织，热处理后的组织中均可看出此变化。热加工工艺2009年第38卷第2期高铬铸铁加热至1050，保

12、温4h 后，由于在高温下碳化物的析出及长大使得碳化物的数量略有增加，也使得碳化物的网状倾向略有减弱。经高温热处理后，由于在高温下碳化物的析出，使得初生奥氏体中的C 、Cr 含量下降，初生奥氏体的稳定性相应下降，因而在随后的冷却过程119材料热处理技术Material &Heat Treatment中转变为马氏体组织，在力学性能上表现为硬度有所提高，但冲击韧度的变化情况较为复杂。对1#试样，由于初生奥氏体几乎全部转变为马氏体组织，而马氏体的韧性没有奥氏体的高，因此冲击韧度有所降低；而2#、3#试样的组织形貌变化不大，因此冲击韧度的变化也不明显；对于4#试样，由于碳化物的形态发生了一定的变

13、化，形貌更趋于圆整，因此冲击韧度有所提高。22009年1月氏体的含量相应减少，硬度有所提高；碳化物形貌的网状倾向减弱，碳化物的形貌略有改善；力学性能方面表现为较高的硬度和一定韧性的较佳匹配。参考文献:1Hann S K ，J D Transformation toughening white cast iron JJournal of materials Science ，1997，32(5：1249-1259Tabrett C P ，Sare I R Effect of heat treatment on the abrasion resistance of alloy white iron

14、JWear ，1997，12(5：203-2043Powell G L F Secondary carbide precipitation in an 18wt%Cr-1wt%Mo white iron JJournal of Material Science ，1996，31(3：707-71145叶以富低铬白口铁碳化物团球化机理探讨J山东工业大学学报，1986，(6：71-73符莉，叶绍民，陶化清，等高铬铸铁热处理的研究J热加工工艺，1989，(4：30-314结论(1高铬铸铁在其他合金元素的含量不变，碳含量逐渐增加时，凝固组织中初生奥氏体数量逐渐减少，硬度逐渐增加，韧性逐渐降低。(2热处

15、理促使过饱和的奥氏体向更为稳定的马氏体组织发生转变，由于初生奥氏体转变为马氏体组织，马氏体组织的含量逐渐增多，残余奥(上接第115页XCQ16车桥管用钢的最佳热处理工艺为880V 型缺口处淬火+530回火。用此工艺处理后的材料的组织和性能能够满足车桥管生产的实际要求。扩展方向参考文献：裂纹源11000m2345620m789林高用，郑小燕热处理工艺对H13钢组织与性能的影响J热加工工艺，2007，36(4：46-48李春胜，黄德彬金属材料手册M北京：化学工业出版社，2005232-236.杨海林，马良涛30CrNMo4.4V 钢的回火工艺J金属热处理，2005，30(11：62-64张跃，黄运华，翟浩，等微合金化非调质钢强韧化机理研究J机械工程材料，2005，29(9：8-11康永林，陈庆军，王克鲁，等. 700MPa 级低碳贝氏体钢的热处理工艺研究J材料热处理学报，2005，26(3：96-99惠卫军，董瀚，翁宇庆，等回火温度对Cr-Mo-V 系高强度钢力学性能的影响J金属学报,2002，38(10：10-12梁晓军，焦四海，王聪，等回火工艺对直接淬火钢组织与性