1、材料熱處理技術Material &Heat Treatment 2009年1月熱處理對高鉻鑄鐵凝固組織及力學性能的影響劉玉高1，馬幼平2，呂寶君1，李少紅1(1.青島農業大學機電工程學院, 山東青島266109; 2. 西安建筑科技大學冶金工程學院, 陜西西安710055摘要：對高鉻鑄鐵凝固組織進行熱處理，力求改善高鉻鑄鐵中基體組織、碳化物的尺寸、形態和分布，使之充分發揮材料潛力。研究結果表明：經熱處理后，高鉻白口鑄鐵中初生奧氏體的穩定性下降，在隨后的冷卻過程中轉變為馬氏體組織，而碳化物的形貌略有改善；在力學性能方面表現為較高的硬度和一定韌性的較佳匹配。關鍵詞：高鉻鑄鐵；碳化物；熱處理

2、中圖分類號：TG163文獻標識碼：A文章編號：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高鉻鑄鐵因為Cr 的加入使碳化物類型由本實驗采用的高鉻鑄鐵試樣中Cr 、Si 、Mn 、M 3C 型碳化物變成具有較高硬度和較高韌性的M 7C 3型碳化物，從而提高了高鉻鑄鐵的抗磨性，使之作為耐磨材料得到了廣泛應用，并獲得顯著的經濟效益1-3。但高鉻鑄鐵的韌性仍顯不足，高鉻白口鑄鐵構件在使用過程中經常表現為脆性斷裂，限制了它的進一步應用。文獻4研究結果表明：低鉻白口鑄鐵通過高溫熱處理可以使碳化物團球化，從而提高韌性。文獻5的試驗研究表明提高淬火溫度，使得網狀碳化物的薄弱地方斷開，有利于提高低鉻白口鑄鐵的韌性。如果采用合理的熱處理工藝，使高鉻鑄鐵的基體變為馬

6、氏體組織，碳化物的形貌進一步改善，從而使高鉻鑄鐵的韌性和硬度達到了較好的匹配，將會擴大其應用范圍，延長高鉻白口鑄鐵耐磨件的使用壽命。Cu 、P 、S 的含量(質量分數，%均不變，分別為15Cr ，0.5Si ，0.5Mn ，0.3Cu ，0.025P ，0.033S ；而碳的含量不同，分別為2.4%、2.6%、2.8%和3.0%，依含C 量不同將試樣編號為1#、2#、3#和4#。1.2試驗過程把原材料按設計成分配料，放入高頻感應爐中熔煉，熔煉溫度為1450，澆鑄到預先制好的砂型中，制成15mm ×15mm ×85mm 的標準試樣。冷卻至室溫后再進行清砂。在前期凝固實驗的基礎

7、上，采用固態熱處理對高鉻白口鑄鐵進行處理，熱處理工藝參數為1050，保溫時間4h ，加熱時隨爐升溫，加熱保溫完畢后空冷至室溫。實驗采用的熱處理設備為25kW 箱式電阻爐。加熱過程中為防止脫碳，對高鉻白口鑄鐵采用鑄鐵粉包敷處理。鑄態試樣經清砂后，在砂輪機上打磨成10mm ×10mm ×55mm 的標準沖擊試樣，試樣無缺口，每組兩根。選用上海試驗機械制造廠生產的36kg m 沖擊試驗機測量試樣的沖擊韌度(k 。沖擊試驗后，采用洛氏硬度計測量試樣的硬度值(HRC。采用日產型號為1實驗材料及方法1.1成分設計收稿日期:2008-09-22作者簡介:劉玉高(1969-,男, 山東萊陽

8、人, 講師, 碩士, 主要從事金屬材料凝固及熱處理技術研究; 電話E-mail:ygliu638GX-51的Olympus 金相顯微鏡觀察金相組織，采Hot Working Technology 2009, Vol.38,No.2118下半月出版用定量金相的方法確定組織含量，并對典型組織進行拍照，得到金相組織圖。Material &Heat Treatment 材料熱處理技術金相組織結合顯微硬度分析看，所有試樣組織均由馬氏體和共晶組織組成。其中1#試樣由50%共晶組織+50%馬氏體組成；2#試樣由40%共晶組織+60%馬氏體組成；3#試樣由30%共晶組織+2實

9、驗結果鑄態試樣和熱處理后的試樣的力學性能見表1。表1鑄態及熱處理態試樣的力學性能70%馬氏體組成；4#試樣由20%共晶組織+80%馬氏體組成。Tab.1The mechanical properties of specimen as -castand heat treated鑄態熱處理態3分析與討論從圖1、圖2和表1可以看出，高鉻鑄鐵凝固1#沖擊韌度/(J·cm -2硬度(HRC2#17503#16524#14561#17532#15533#16554#15561945組織及力學性能有如下特征：含碳量較低時(試樣1 ，鑄態組織由初生奧氏體和共晶組織組成，共晶組織包括共晶碳化物和共晶奧

10、氏體。隨含碳量的增加(試樣2試樣4 ，初生奧氏體的穩定性下降，傾向于轉變為馬氏體組織，使得奧氏體量逐漸減少，而馬氏體和共晶組織量逐漸增多。力學性能表現為硬度有所提高，韌性有所降低。經熱處理后，由于在高溫下，鉻、碳等原子的試樣3試樣4圖1為高鉻鑄鐵鑄態組織，其中1#試樣由85%奧氏體+15%共晶組織組成；2#試樣由70%奧氏體+20%共晶組織+10%馬氏體組成；3#試樣由40%奧氏體+30%共晶組織+30%馬氏體組成；4#試樣由20%奧氏體+40%共晶組織+40%馬氏體組成。圖2為各鑄態試樣經熱處理后的金相組織，由試樣1試樣2×400×400×400×40

11、0圖1鑄態組織Fig.1The microstructure of specimen as-cast試樣1試樣2試樣3試樣4×400×400×400×400圖2熱處理態組織Fig.2The microstructure of heat treated specimen擴散能力提高，在1050保溫過程中，初生奧氏體中的C 、Cr 容易聚集，生成碳化物，從而使得初生奧氏體中的C 、Cr 含量下降，降低了初生奧氏體的穩定性，在隨后的冷卻過程中轉變為相對穩定的馬氏體組織，熱處理后的組織中均可看出此變化。熱加工工藝2009年第38卷第2期高鉻鑄鐵加熱至1050，保

12、溫4h 后，由于在高溫下碳化物的析出及長大使得碳化物的數量略有增加，也使得碳化物的網狀傾向略有減弱。經高溫熱處理后，由于在高溫下碳化物的析出，使得初生奧氏體中的C 、Cr 含量下降，初生奧氏體的穩定性相應下降，因而在隨后的冷卻過程119材料熱處理技術Material &Heat Treatment中轉變為馬氏體組織，在力學性能上表現為硬度有所提高，但沖擊韌度的變化情況較為復雜。對1#試樣，由于初生奧氏體幾乎全部轉變為馬氏體組織，而馬氏體的韌性沒有奧氏體的高，因此沖擊韌度有所降低；而2#、3#試樣的組織形貌變化不大，因此沖擊韌度的變化也不明顯；對于4#試樣，由于碳化物的形態發生了一定的變

13、化，形貌更趨于圓整，因此沖擊韌度有所提高。22009年1月氏體的含量相應減少，硬度有所提高；碳化物形貌的網狀傾向減弱，碳化物的形貌略有改善；力學性能方面表現為較高的硬度和一定韌性的較佳匹配。參考文獻: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葉以富低鉻白口鐵碳化物團球化機理探討J山東工業大學學報，1986，(6：71-73符莉，葉紹民，陶化清，等高鉻鑄鐵熱處理的研究J熱加工工藝，1989，(4：30-314結論(1高鉻鑄鐵在其他合金元素的含量不變，碳含量逐漸增加時，凝固組織中初生奧氏體數量逐漸減少，硬度逐漸增加，韌性逐漸降低。(2熱處

15、理促使過飽和的奧氏體向更為穩定的馬氏體組織發生轉變，由于初生奧氏體轉變為馬氏體組織，馬氏體組織的含量逐漸增多，殘余奧(上接第115頁XCQ16車橋管用鋼的最佳熱處理工藝為880V 型缺口處淬火+530回火。用此工藝處理后的材料的組織和性能能夠滿足車橋管生產的實際要求。擴展方向參考文獻：裂紋源11000m2345620m789林高用，鄭小燕熱處理工藝對H13鋼組織與性能的影響J熱加工工藝，2007，36(4：46-48李春勝，黃德彬金屬材料手冊M北京：化學工業出版社，2005232-236.楊海林，馬良濤30CrNMo4.4V 鋼的回火工藝J金屬熱處理，2005，30(11：62-64張躍，黃運華，翟浩，等微合金化非調質鋼強韌化機理研究J機械工程材料，2005，29(9：8-11康永林，陳慶軍，王克魯，等. 700MPa 級低碳貝氏體鋼的熱處理工藝研究J材料熱處理學報，2005，26(3：96-99惠衛軍，董瀚，翁宇慶，等回火溫度對Cr-Mo-V 系高強度鋼力學性能的影響J金屬學報,2002，38(10：10-12梁曉軍，焦四海，王聰，等回火工藝對直接淬火鋼組織與性