不同热处理对一种高铬铸铁组织的影响
热处理工艺对低碳高铬铸铁性能的影响
［５］ 贺 林，张 长 军，周 卫 星．高 铬 铸 铁 中 碳 化 物 相 抗 磨 作 用 的 “尺 寸 效应”［Ｊ］．热加工工艺，１９９８（ ４） ： １５－１８．
《热加工工艺》２００８ 年第 ３７ 卷第 １１ 期
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随着热处理温度的提高， 二次碳化物出现聚 集和长大， 较大的尺寸更有利于提高其显微切削 抗力［５］， 因而滑动式磨损率下降， 耐磨性能提高。而 二次碳化物的聚集和长大， 使碳化物间距增加， 从
而使基体对裂纹扩展的阻碍作用增强， 提高材料的 抗疲劳能力， 故滚筒式磨损率又有所下降。在 １０５０ 及 １１００℃淬火时， 共晶碳化物尖角处产生钝化， 减 少应力集中以及对基体割裂作用， 从而提高材料的 抗疲劳能力， 磨损率下降， 耐磨性能提高。
８．４０
６１．８
０．０２１７
６．７０
１１００
８．８２
５９．１
０．０１９８
６．３７
１１００ ℃时， 硬度明显下降， 低于 ９８０ ℃时的硬度； 滑动式磨损条件下， 随着热处理温度的提高， 磨损 率基本呈下降趋势， ９８０ ℃时磨损率最大， １１００ ℃
时磨损率最小； 滚动式磨损条件下， ９８０ ℃时磨损 率最大， １１００ ℃时磨损率最小。
ＭＡＯ Ｘｉａｏｐｅｎｇ， ＦＡＮＧ Ｘｕｆｅｎｇ
（Ｇｕｏｄｉａｎ Ｍｉｎｑｕａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｎｇｑｉｕ ４７６８００， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｆｌｕｃｔｕａｔｅｓ ａ ｌｉｔｔｌｅ， ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｔ ｆｉｒｓｔ， ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ Ｉｒｏｎ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
等温淬火工艺对高铬铸铁组织与性能的影响
Ｍａｙ２００７ＶＯＩ．５６ＮＯ．５垂篙帅煮等温淬火工艺对高铬铸铁组织与性能的影响杨长华１，高甲生１，一，侯清宇１，费昭鹤３（１．安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山２４３００２；２．安徽ｘ－＆ｚｋ学管理科学与工程学院，安徽马鞍山２４３００２；３．安徽省安工机械制造有限公司，安徽马鞍山２４３００２）摘要：通过与常规淬火与回火热处理工艺比较，研究了不同等温淬火热处理工艺对高铬耐磨铸铁的组织与性能的影响，等温淬火热处理工艺可以获得下贝氏体和马氏体为基体的组织，既提高铸铁的冲击韧性，又显著提高冲击磨损性。
在３２０℃等温淬火１．５ｈ可获得较理想的材料冲击韧性和耐磨性。
关键词：等温淬火；下贝氏体；冲击韧性；冲击磨粒磨损中图分类号：ＴＧｌ４３．９文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２００７）０５—０４７３—０４ＥｆｆｅｃｔｏｆＡｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨｉｇｈＣｈｒｏｍｉｕｍＣａｓｔＩｒｏｎＹＡＮＧＣｈａｎｇ．ｈｕａｌ，ＧＡＯＪｉａ．ｓｈｅｎ９１，２ＨＯＵＱｉｎｇ－ｙｕｌ。
ＦＥＩＺｈａｏ・ｈｅ３（１。
ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａ。
ａｎｓｈａｎ２４３００２，Ａｎｈｕｉ．Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａ。
ａｎｓｈａｎ２４３００２，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ；３。
ＡｎｇｏｎｇＭａｃｈｉｎｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅＬｉｍｉｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｍａ’ａｎｓｈａｎ２４３００２，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｑｕｅｎｃｈｉｎｇａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈｃｈｒｏｍｉｕｍｗｈｉｔｅｃａｓｔｉｒｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．ａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｍａｔｒｉｘｗｉｔｈＩｏｗｅｒｂａｉｎｉｔｅａｎｄｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｉｔ．ｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓｂｕｔａｌｓｏｉｍｐａｃｔｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｔ３２０℃ｆｏｒ１．５ｈｉｓａｎｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｋｅｙｗｅｒｄｓ：ａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇ；ｌｏｗｅｒｂａｉｎｉｔｅ；ｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｉｍｐａｃｔｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ高铬铸铁作为一种优良的抗磨材料，在国内外得到了广泛的应用。
高铬耐磨铸铁热处理工艺性分析
另外 ， ９ ０ ０ ％淬火 ３ ５ ０ ％回火 的磨 球 ， Ｈ Ｒ Ｃ在 ５ ５以上 的硬
度层有 １ ２ ｍｍ厚 ， ８ ５ ０ ％淬火 ３ ５ ０ ％回火的磨球 ， Ｈ Ｒ Ｃ在 ５ ５以上 的硬度层有 １ ６ ａ ｒ ｍ厚 ，比较发 现 ， ８ ５ ０ ％淬火 ３ ５ ０ ％回火 的磨球
［ ３ 】 许利 民， 王秀梅 ， 孙剑波， 谢 颖， 微 合金化 多元 高铬铸铁 磨
球 的研 制 ２ ０ ０ ５ ： ３ ５ — ３ ７
［ ４ ］ 郭 志宏， 卫英 慧， 王宏伟． 高铬 铸铁磨球 热处理工 艺研 究 ｆ Ｊ ］ ． ２ ０ １ ２ ， ２ ７ （ ８ ） ： ２ ４ － ２ ５ ［ ｓ Ｊ ｇ复 宝， 金 属型 高铬铸铁 磨球生产 工艺『 Ｊ ］ ． 铸造， ２ ０ ０ ６ ， ７ ２
奥 氏体 多 ， 硬度低 且加工硬 化时产生 的应变应力 大 ． 过 低时淬 火后的 Ｍ 氏体硬度不够 ， 耐磨性不高 。 磨球在 ８ ５ ０ ％淬火 ３ ５ ０ ℃回火时 。表 层有一层 Ｈ Ｒ Ｃ≥５ ５ ，
厚度 ｄ ＞ １ ５ ｍ ｍ 的硬度层 ， 心部 的硬度较 低 ， 能有 效地吸 收冲击
２ ０ １ ３ ． Ｎ ０． １ ２
机 械 与 自动 化
Ｉ 。 著 巡 至断裂 ， 也对 提高磨球组织 的抗疲 劳 Ｉ 生 能有较好 的作用 。
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
口 １ ０ 羽 ３ ０ ４ ０ Ｗ ６ ０
功， 有利于磨球的抗冲击韧性 的提高 。
参考文献 ：
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高铬铸铁件的热处理
高铬铸铁件的热处理
高铬铸铁件作为一种抗磨材料，除了具有必要的强韧性以外，其硬度是最重要的质量指标，有些高铬铸铁件可以在铸态下获得所需要硬度，但是绝大多数是要通过热处理来达到硬度要求的。
热处理几乎是每一个高铬铸铁件必须经过的工序，合理淬火可使铸件获得最佳的抗磨料磨损的能力；退火可改变铸件的切削性能，使之能够机械加工，还有一些热处理工艺措施可以提高铸件的强韧性和改善各种使用性能，应该说，热处理是发挥高铬铸铁将性能潜力的重要手段。
高铬铸铁件与合金钢件在淬火工艺规范有一定的差别，主要表现在以下几方面：
1、高铬铸铁组织中存在大量共晶碳化物，这些碳化物与基体金属的热胀缩和热传导方面存
在一定的差别。
热处理过程中急剧的温度变化会使碳化物周围产生较高的热应力，极易在碳化物附近产生热裂纹。
2、高铬铸铁的奥氏体中溶有大量碳和铬，以及其他合金元素，淬火后基体组织中还保留大
量奥氏体。
这些残余体不但影响淬火硬度，而且还会导致铸件在淬火后或使用中开裂或变形。
3、高铬铸铁件淬火时，必须经过脱稳处理过程，脱稳处理的加热混入保温过程取决于材料
的碳含量和铬碳比。
cr20高铬铸铁热处理工艺
cr20高铬铸铁热处理工艺Cr20高铬铸铁是一种具有高硬度、高耐磨性和良好耐腐蚀性的合金，广泛应用于制造耐磨件、耐腐蚀件和高温环境下的零部件。
热处理工艺对于Cr20高铬铸铁的性能和组织有着重要影响，下面将详细介绍其热处理工艺。
1.加热阶段Cr20高铬铸铁在加热阶段需要缓慢升温以避免产生裂纹和变形。
通常采用电炉或燃气炉进行加热，控制升温速度在200-300℃/h之间。
当铸件达到一定温度时，需要进行均温处理，使铸件各部分温度均匀。
2.保温阶段在保温阶段，Cr20高铬铸铁需要在一定的温度下保持一段时间，以促进合金元素的扩散和固溶，从而改善铸件组织和性能。
根据铸件大小和要求的不同，保温时间通常在1-4小时之间。
3.冷却阶段冷却阶段是热处理工艺中一个重要的环节。
在冷却阶段，铸件需要快速降温以避免奥氏体晶粒粗大和产生残留应力。
通常采用水冷或油冷的方式进行冷却，控制降温速度在50-100℃/h之间。
4.时效处理时效处理是指在一定温度下保持铸件一段时间，以促进析出强化相和消除残留应力。
对于Cr20高铬铸铁，通常在600-700℃下进行时效处理1-2小时。
5.淬火处理淬火处理是将铸件加热到奥氏体化温度后快速冷却，以获得马氏体组织。
对于Cr20高铬铸铁，淬火温度通常为1000-1100℃，冷却方式为水冷或油冷。
6.回火处理回火处理是在淬火后将铸件加热到一定温度并保持一段时间，以降低残留应力和提高韧性。
对于Cr20高铬铸铁，回火温度通常为500-600℃，回火时间根据铸件大小和要求而定。
7.马氏体转变淬火后的Cr20高铬铸铁中存在大量马氏体组织，马氏体是一种硬脆相，具有高硬度和高耐磨性。
在马氏体转变过程中，碳原子从奥氏体中迅速析出并形成碳化物，导致奥氏体转变为马氏体。
8.奥氏体转变奥氏体转变是指Cr20高铬铸铁在加热过程中从马氏体转变为奥氏体。
在奥氏体转变过程中，部分马氏体分解并形成奥氏体组织。
奥氏体是一种软相，具有较好的韧性和塑性。
浅谈热处理工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响
浅谈热处理工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响摘要：本文主要研究了不同热处理工艺对RE复合变质高碳高铬合金钢的显微组织和力学性能的影响。
研究结果表明：经热处理后组织内残余奥氏体完全分解，转变为粒状珠光体+M7C3型碳化物。
高温固溶处理会对共晶碳化物的形态产生影响，随着固溶温度的提高，连续网状的共晶碳化物转变为杆状和块状，使材料的冲击韧性得到提高，球化处理促使基体内大量二次碳化物的析出，大大提高了材料的硬度。
适合于高碳高铬合金钢的热处理工艺为1200℃加热1h固溶水冷，然后750℃x5h球化处理。
经此热处理后，与铸态实验钢相比硬度提高了30.8%,达到HRC53.9,冲击性提高了25%，达到9.5J/cm2。
关键词：热处理工艺；高碳铬；轴承钢组织；研究分析高铬铸钢球芯复合轧辊由于具有优良的抗热裂性能和高耐磨性能，在热连轧粗轧使用时，比较成功的解决了传统轧辊易出现的“热疲劳裂纹严重”、“压痕”、“磨损严重”、“掉块”等问题。
因此，在热轧机粗轧机架推广速度非常快，已逐步取代半钢轧辊、高铬铸铁轧辊，成为热轧机粗轧及中厚板粗轧工作辊的主要轧辊品种。
这种高铬铸钢球芯复合轧辊采用离心铸造而成，芯部为高强度合金球墨铸铁，其外层材料是高铬合金钢。
轧辊用高铬钢铸态组织一般为奥氏体和网状原始共晶碳化物，或奥氏体+珠光体+原始碳化物。
但随着C和Cr含量的增大，在凝固冷却过程中，高铬钢组织中容易出现粗大的原始网状碳化物，对轧辊性能不利。
因此，改变共晶碳化物的形态和分布，是提高其综合力学性能的有效手段。
稀土复合变质剂的加入，能够起到细化晶粒、净化和强化晶界等作用，但是对碳化物的分布和形态的改善并不理想。
为此本文研究采用稀土复合变质处理后，不同的热处理方式对高碳高铬钢碳化物的形状和分布的影响，以期达到提高其综合力学性能的目的。
1.试验方法为了保证整体的实验效果，应采用“废钢”、“高碳铬铁”、“镍”、“钒铁”等进行配料后，在“KGPT20-25型50kg中频感应电炉中进行熔炼[1]。
高铬铸铁最佳淬火方式_理论说明
高铬铸铁最佳淬火方式理论说明1. 引言1.1 概述高铬铸铁是一种重要的工程材料，具有优异的耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。
在许多领域中，如汽车制造、能源产业和机械制造等，高铬铸铁被广泛应用于各种关键零部件的制造。
淬火是提高高铬铸铁硬度和强度的有效方法。
然而，在选择最佳淬火方式时还存在许多挑战。
1.2 文章结构本文将围绕高铬铸铁最佳淬火方式展开详细讨论。
首先，我们将介绍高铬铸铁的特性，包括其成分组成和性能特点，以及淬火对其性能的影响。
然后，我们将探讨选择最佳淬火方式涉及的因素，包括材料硬度要求、制造工艺及设备条件以及经济效益考虑。
接下来，我们将进行理论分析和实验验证，并对淬火传热理论进行详细分析。
同时，我们还将设计淬火试验方案，并使用数据分析方法进行结果验证与预测。
最后，在结论部分我们将总结推荐高铬铸铁的最佳淬火方式，并提出未来研究方向的建议和展望。
1.3 目的本文的目标是探讨高铬铸铁最佳淬火方式的理论依据和实际验证，以提供工程师在制定相关工艺方案和选择适用条件时的参考。
通过深入研究高铬铸铁的特性、淬火方式选择因素以及淬火传热理论分析与实验验证，我们旨在为高铬铸铁的优化加工提供科学依据，并促进该材料在各个领域中更广泛、有效地应用。
2. 高铬铸铁的特性:2.1 成分组成和性能特点根据研究表明，高铬铸铁是一种含有较高比例的铬元素的合金材料。
其主要成分包括碳、硅、锰以及大量的铬。
这些成分的比例对于高铬铸铁的性能特点具有重要影响。
首先，高铬铸铁具有优异的耐磨性和耐蚀性。
其中，高浓度的碳元素赋予了它良好的硬度和抗磨损能力，使其适用于各种摩擦和磨损环境。
同时，大量添加的铬元素能够形成致密而稳定的氧化膜，有效防止高温下氧化物对材料的侵蚀。
其次，高铬铸铁还表现出较好的耐高温性能。
由于含有大量的硅和锰元素，在高温环境下形成了稳定且均匀的晶体结构，使得它具备出色的抗热震和抗变形能力。
此外，高铬铸铁在强韧性方面也具备一定优势。
热处理工艺对高铬铸铁组织和性能的影响
内蒙古工业大学学报JOURNAL OF INNER MONGOLIA第24卷 第3期UNIVERSITY OF T ECHNOLOGY Vol.24No.32005 文章编号:1001-5167(2005)03-0201-03热处理工艺对高铬铸铁组织和性能的影响X燕来生(内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特010051)摘要:本文研究了不同热处理工艺对高铬铸铁组织、力学性能和耐磨性的影响.结果表明,在980℃淬火,450℃回火,高铬铸铁具有优异的力学性能和耐磨性.关键词:高铬铸铁;热处理;耐磨性中图分类号:T G156.34 文献标识码:A0 引 言 近年来,由于水泥、冶金、电力工业的迅速发展,对耐磨材料的数量和质量的要求不断提高.高铬白口铸铁作为耐磨材料应用较为广泛,力学性能较好.但随着对水泥粒度要求的提高,小尺寸的磨球和磨柱的用量增加,对韧性和耐磨性要求越来越高.但在铸态下高铬白口铸铁硬度偏低,韧性较差,冲击韧度≤3～5J/cm2,磨球和磨柱的硬度为HRC50～52,耐磨性不足,出现磨偏现象,并且使水泥的含铁量增加.目前,国内外的研究者应用各种手段力图通过改变碳化物的形态及分布以达到改善力学性能的目的,获得一定效果〔1,2〕.但主要的问题是在各种服役条件下,耐磨性和韧性不能达到很好的配合.为此,通过对高铬白口铸铁进行热处理,在改善碳化物形态的同时,细化基体组织,以达到在提高硬度、保证耐磨性的前提下,改善韧性的目的.1 试验方法 实验用材料为配制的高铬铸铁,用20kg的酸性高频电炉熔炼,浇注成20mm×20mm×110mm无缺口的冲击试样;Á15mm×20mm的磨粒磨损试样,试样的化学成分(wt%)为:2.84C,11.70Cr,1. 30Si,0.55Mn,0.068S,0.129P.试样经不同工艺热处理后,用JB30A型冲击试验机测试冲击值,在PW-1型磨损试验机上进行磨损试验,用Neophot型卧式显微镜分析显微组织,在洛氏硬度计上测各种状态下的硬度.2 试验结果及分析2.1 热处理工艺对组织和力学性能的影响为了得到马氏体和要求的硬度,经试验选用980℃加热油淬为好,过高的淬火温度会使奥氏体的稳定性提高而增加残余奥氏体的含量.淬火后,经不同温度回火,测得回火温度与硬度、冲击韧度的关系见图1,由图1a可知,当回火温度低于450℃时,硬度变化平缓,表明在这一温度区间回火时,发生了马氏体分解,铬的碳化物的析出,残余奥氏体的分解较少.当回火温度超过450℃时,硬度急剧下降.X收稿日期:2005-03-23作者简介:燕来生(1945～),男,教授,内蒙古呼和浩特市人,主要从事化学热处理方面的研究工作.图1 回火温度对硬度和a k 的影响 由图1b 可知,当回火温度低于450℃时,随回火温度升高,由于马氏体分解和碳化物析出的程度增加,内应力减少,使a k 值增加,当回火温度高于450℃时,随回火温度升高,残余奥氏体急剧下降〔3〕,逐渐分解彻底,因此在高于450℃时,使a k 值下降.图2为铸态组织,碳化物呈粗条状和网络状.图3为淬火回火后的组织,图3与图2对比,共晶碳化物明显减少,分布均匀.由于马氏体的分解,基体内有大量弥散分布的颗粒状碳化物析出.共晶碳化物的形貌发生了变化.网络状和条状碳化物破断,尖角变圆.这是由于淬火加热到较高温度,奥氏体溶解碳和图2 高铬铸铁铸态组织×400合金元素的能力增加,二次碳化物大量溶解,共晶碳化物部分溶解.碳化物厚度不均,曲率不同,与碳化物尖角毗邻的奥氏体碳浓度较高,与碳化物平直毗邻的奥氏体含碳量较低,从而引起碳的扩散,致使碳化物尖角溶解、平面析出而趋于圆滑.450℃回火后组织较细,碳化物形貌较好,这对改善韧性具有重要的作用.高于450℃时,发生了碳化物的聚集粗化,因此,在450℃回火时,出现a k 的峰值.a )200℃b)300℃c)450℃图3 不同温度回火后的组织×4002.2 热处理工艺对耐磨性的影响 将高铬铸铁试样在磨粒磨损试验机上进行了4h 磨损试验,结果如图4所示.由图可见,随回火温度升高,失重减少,在450℃时,失重最少,高于450℃,失重增加.这是由于高铬铸铁的组织是由韧性的基体和硬质点组成,硬质点突出工作表面,承担着主要的抵抗磨损的任务,基体组织则对硬质点提供支撑和保护.因此,基体的硬度和强度对高铬铸铁组织的耐磨性具有重要作用.在低于450℃时,由于马氏体的分解,基体内有大量弥散分布的颗粒状碳化物析出,强度和硬度较高,使耐磨性提图4 回火温度对耐磨性的影响高.在高于450℃时,A 相发生回复再结晶,碳化物聚集长大,基体强度硬度下降,耐磨性降低.450℃回202内蒙古工业大学学报2005年火时,基体硬度在60HRC 附近,达到了强度与塑性韧度的最佳配合〔4〕,支撑和保护了硬质点碳化物,达到了耐磨性的峰值.铸态下的耐磨性较差.2.3 生产中应用内蒙古乌审旗耐磨材料厂生产的Á60mm 的磨球和Á15mm ×20mm 的柱体,应用该工艺处理,在西部某水泥厂进行了装机试验取得了较好的效果,耐磨性和韧性配合较好,原来铸态下使用寿命为20d .经980℃淬火,450℃回火后,使用寿命达到三个月,使用寿命为铸态的4倍,未出现磨偏和碎裂现象.3 结 论3.1 高铬铸铁经热处理后,改善了基体的组织和碳化物的形貌,提高了高铬铸铁的强韧性和耐磨性.3.2 高铬铸铁经980℃淬火,450℃回火后,冲击韧度与耐磨性达到了较好的配合,满足了磨球和柱体对冲击韧度与耐磨性的要求,使用寿命为铸态4倍.参考文献:[1] 苏应龙,张学昆.高铬抗磨铸铁韧性的提高[J ].现代铸铁,2000(4):56～59.[2] 随福楼,于淑敏.低合金白口铸铁的强韧化研究[J ].材料热处理学报,2001,(2):66～69.[3] 符寒光.回火工艺对高铬铸铁组织和性能的影响[J].金属热处理,1994,(12):7～9.[4] 燕来生.提高渗碳钢多冲接触疲劳抗力的研究[J].金属热处理学报,2000,21(4):52～56.EFFECT S OF DIFFERENT HEAT T REATMENT PROCESSESON STRU CTURE AND PROPERT IESOF RICH CHROMIUM CAST IRONYAN Lai -sheng(School of Materia ls Science and E ngineering ,I nner Mongolia Univer sity o f Technology ,H uhhot 010051,PRC ) Abstr act :A study is made on the effects of different heat treatment pr ocesses on the structure,mechanical properties and wear resistance of the rich chromium cast iron.Result show that,after quenching at 980℃and tempering at 450℃,the rich chr omium cast iron exhibits excellent mechanical pr operties and wear resistance.Keywords :rich chromium cast iron;heat tr eatment;wear resistance 203第3期燕来生 热处理工艺对高铬铸铁组织和性能的影响。
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第26卷 第6期2005年 12月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTIONS OF M ATERIA LS AND HE AT TRE AT ME NTV ol .26 N o .6December2005不同热处理对一种高铬铸铁组织的影响王 均1,3, 曾 明1, 杨宏山1, 刘浩怀1, 孙志平1, 沈保罗1, 黄四九2(11四川大学材料科学与工程学院,四川成都 610065;21四川双流县四久稀土合金铸造厂,四川成都 610211;31中国核动力研究院核燃料及材料重点实验室,四川成都 610004)摘 要:用X 射线衍射(XRD )、磁性法和透射电镜(TE M )等方法研究了不同热处理对一种含M o 、Cu 高铬铸铁的组织的影响。
结果表明:高铬铸铁亚临界处理和去稳处理中,基体会以二次碳化物的形式析出过饱和的碳和合金元素,残余奥氏体发生马氏体转变。
在亚临界处理中,处理温度越高,马氏体转变越快;在去稳处理过程中,当温度为1000℃时残余奥氏体量最少,随着处理温度的提高,残余奥氏体反而增多。
二次碳化物析出的顺序是首先析出颗粒状的(Fe ,Cr )23C 6,然后随着保温时间的延长(Fe ,Cr )23C 6发生原位转变为M 3C ,基体部分转变为珠光体。
关键词:高铬铸铁; 热处理; 马氏体转变; 二次碳化物; 析出强化中图分类号:TG 14317 文献标识码:A 文章编号:100926264(2005)0620075205收稿日期: 2004212216; 修订日期: 2005203204作者简介: 王均(1976—),男,四川大学金属材料系,博士研究生,主要从事耐磨材料的研究工作,电话:(028)85412798,E 2mail :srwangjun @s 。
国外20世纪30年代开始对高铬铸铁(HighChromium Cast Iron ,HCCI )的研究,我国到上世纪80年代,高铬铸铁作为优良的抗磨材料已经在采矿、冶金、电力、建筑等行业得到普遍的使用[1～4]。
高铬铸铁由于高的铬含量使得在马氏体和残余奥氏体基体中存在着不连续分布且硬度很高的M 7C 3型碳化物,这使得高铬铸铁有优良的耐磨性,同时又有较好的冲击韧性[5～7]。
几乎所有的高铬铸铁都采用热处理来获得最佳的综合性能。
常用的高铬铸铁的热处理工艺有高温奥氏体化去稳处理和中温亚临界处理[4～7]。
国内外对高铬铸铁的不同热处理的微观相变研究的较多[4～10],P owell 在研究18%Cr 21%M o 铸铁在1000℃处理时发现,立方形的(Cuboidal )二次碳化物M 23C 6在长时处理时会发生向M 7C 3的原位转变[9]。
Wiengm oon 也在对30Cr 2213C 高铬铸铁在900～1100℃保温2～8h 后,发现方形的、片状的和不连续点状的二次碳化物M 23C 6[7]。
但对含M o ,Cu 高铬铸铁高温去稳处理和亚临界处理处理的研究较少,研究热处理转变中的组织变化更少。
本文通过光学显微镜、透射电镜和X 射线衍射研究了在16Cr2M o1Cu 高铬铸铁中二次碳化物的析出和基体转变,并分析了不同热处理工艺对显微组织的影响。
1 实验材料及方法采用废钢、生铁、碳素铬铁、锰铁、紫铜和钼铁作原料,在750kg 中频感应电炉中冶炼高铬白口铸铁,铁水熔清后用铝脱氧,然后在砂型中铸成尺寸为80mm ×100mm ×200mm 的试块,浇注温度约1450℃。
在砂型中冷却到室温后分别用线切割方法切割成10mm ×10mm ×10mm 的亚临界处理试样和X 射线衍射试样。
高铬铸铁的化学成分见表1。
表1 实验用高铬铸铁的化学成分(w t %)T able 1 The chemical composition ofexperimental H CCIs (w t %)C S i Mn Cr M o VCu Cr ΠC 21770107119161381108Π0195191将试样放在箱式电阻炉中加热到一定的温度,然后分别保温一定的时间后出炉空冷。
在洛氏硬度计上测定高铬铸铁在亚临界处理前后的硬度。
采用Philip X ’Pert 型X 衍射仪和磁性法相结合分析高铬铸铁基体组织中的奥氏体和马氏体的相对含量;用金相法测定高铬铸铁中的M 7C 3型碳化物的含量。
用X 衍射图中的奥氏体和马氏体的晶面间距(取三个晶面)计算其平均点阵常数。
在Philips 2T ecnai 20HR 型透射电子显微镜上观察确定基体组织转变和二次碳化物的析出及转变。
2 试验结果及讨论211 高铬铸铁的铸态显微组织图1显示的是高铬铸铁的铸态显微组织和XRD 图谱,由图可知,高铬铸铁的显微组织是由先共晶相(奥氏体及其转变产物)和共晶组织组成。
XRD 表明高铬铸铁的铸态组织是由奥氏体、共晶碳化物和马氏体组成的。
碳化物呈不连续的网状分布在奥氏体枝晶间。
通过计算,残余奥氏体、马氏体和共晶碳化物的体积百分比含量分别为6410%,1317%和2213%。
图1 高铬铸铁的铸态显微组织和X 衍射曲线Fig.1 Microstructure and XRD spectrum of the as 2cast HCCI212 不同热处理后的显微组织图2是经过不同热处理后该高铬铸铁的显微组织。
由图可看出,在580℃时效10h 后,仍有少量残余奥氏体,并在时效14h 后(图2(c )),有大量二次碳化物析出。
奥氏体化温度为1000℃时(图2(e )),奥氏体的含量较奥氏体化温度为950℃时(图2(d ))明显减少,而且组织也得到了细化。
213 热处理保温过程中高铬白口铸铁组织的变化21311 热处理保温过程中高铬白口铸铁中残余奥氏体的变化在热处理过程中二次碳化物的析出降低了奥氏体中的合金元素含量,从而降低了奥氏体的稳定性,激活先前的陈化奥氏体[1,4],使M S 点上升,所以在冷却过程中形成马氏体。
图3是该高铬铸铁不同状态下的XRD 图谱。
对比图1和图3,可看到,经过亚临界处理和去稳处理后,试样的残余奥氏体都减少,马氏体含量都增多,并且经过580℃时效10h 后组织中的残余奥氏体量较少,而经过1000℃时效015h 的试样残余奥氏体量较多,马氏体含量较少。
在580℃保温10h 后,除少量残余奥氏体外,基体组织已经转变为马氏体基体。
图4为保温10h 后基体中的孪晶马氏体。
图5是不同热处理温度下16Cr2M o1Cu 高铬铸铁残余奥氏体随时效时间的变化图。
从图中可以看出,在亚临界处理过程中,随时效时间的延长,试样中的残余奥氏体量减少,并且时效温度越高,残余奥氏体量减少越快。
表2是不同去稳温度处理后(均为处理015h )试样的残余奥氏体量。
在1000℃去稳处理时,试样的残余奥氏体最少,在较高的温度处理得到的残余奥氏体量反而大,这和亚临界处理过程截然不同,其原因是由于在高的温度下,基体中碳的溶解度很高,这样在保温过程中大量的二次碳化物重新分解(diss olved ),进入奥氏体中,使得M S 点降低,在空冷组织中形成大量残余奥氏体,这和T abrett 的结论一致[5]。
表2 不同去稳处理温度下试样的残余奥氏体含量(空冷)T able 2 The amount of retained austentie in the H CCIair 2quenched and then heat treated at different temperatures for 015hT em perature of heat 2treatment As 2cast 950℃1000℃1050℃1100℃Retained austenite Π%6410341822134816711821312 热处理保温过程中高铬白口铸铁中二次碳化物的析出由XRD 计算可得,该高铬白口铸铁铸态奥氏体和马氏体的平均点阵常数分别为013624nm 和012892nm ,都大于普通奥氏体和马氏体的点阵常数,这是由于该高铬铸铁的铸态基体中固溶了大量的合金元素。
过饱和高畸变的基体中在加热保温过程中会析出合金元素,从而减低它的畸变能,这就导致了二次碳化物的析出。
由图3可以看出,在亚临界处理和去稳处理过程中,都有较多的二次碳化物M 23C 667材 料 热 处 理 学 报第26卷图2 高铬铸铁不同热处理状态下的显微组织Fig.2 Microstructure of the HCCI after different heat treating(a )580℃×8h ;(b )580℃×10h ;(c )580℃×14h ;(d )950℃×015h ;(e )1000℃×015h ;(f )1050℃×015h图3 不同状态下高铬铸铁的X 射线衍射曲线Fig.3 XRD patterns of the HCCI for differentheat treated conditions析出。
图6是该高铬铸铁在580℃时效处理时的奥氏体和马氏体晶格常数随保温时间的变化。
从图中可明显看到在时效过程中奥氏体和马氏体的晶格常数都降低,这是由于二次碳化物从奥氏体中析出造成奥氏体中合金元素的减少从而使奥氏体晶格常数降低,在冷却后组织中得到的马氏体中的合金元素和碳含量也少,使得马氏体的晶格常数也减低。
图7为580℃亚临界处理过程中不同时间的选区衍射图。
在580℃亚临界处理过程中,保温10h 后,在基体中有极其大量的颗粒状二次碳化物析出,碳化物呈弥散分布(图7(a )),通过选区电子衍射分析,确定图4 580℃亚临界处理过程后形成的孪晶马氏体(580℃×10h )Fig.4 The twin martensite in matrix of theHCCI heat treated at 580℃for 10h该碳化物为(Cr ,Fe )23C 6(图7(b ))。
析出的(Cr ,Fe )23C 6和马氏体基体有如下取向关系:77第6期王 均等:不同热处理对一种高铬铸铁组织的影响图5 不同热处理温度下残余奥氏体随时效时间的变化Fig.5 Curves of am ount of retained austenite vs agingtime for HCCI heating at differenttemperatures图6 16Cr2M o1Cu 高铬铸铁中残留奥氏体和马氏体的点阵常数与时间的关系(在580℃处理)Fig.6 TheLattice constants of austenite and martensite of 16Cr2M o1Cu HCCI vs aging time (heat 2treated at 580℃)图7 580℃亚临界处理过程中不同时间的选区衍射图(a )透射电镜显微图片显示的(Fe ,Cr )23C 6碳化物(580℃×10h );(b )a 图选区衍射的指数化标定;(c )透射电镜显微图片显示的(Fe ,Cr )23C 6和M 3C 碳化物(580℃×24h );(d )c 图区域的的S ADP Fig 17 (a )TE M images showing secondary carbides (Fe ,Cr )23C 6(580℃×10h );(b )S ADP of (a );(c )TE M images showing secondary carbides (Fe ,Cr )23C 6and M 3C (580℃×24h );(d )S ADP of (c )(511)M 23C 6ΠΠ(110)m 和<138>M 23C 6ΠΠ<113>m由于(Fe ,Cr )23C 6的不稳定性[9],随着保温时间的延长会发生由(Fe ,Cr )23C 6向M 3C 1的原位转变(见图7(c )和7(d ))。