熱處理工藝對球墨鑄鐵性能的影響范文

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摘要：

熱處理工藝在球墨鑄鐵的生產(chǎn)過程中起到重要作用。在對其進行淬火時的典型做法是：第一步，使球墨鑄鐵全部進行奧氏體化，第二步，迅速把球墨鑄鐵放進一定溫度的鹽溶液當中，進行等溫處理，防止其在高溫狀態(tài)下轉(zhuǎn)變成珠光體，持續(xù)一段時間后再拿到空氣中制冷，達到室溫即可。本篇文章就通過對球墨鑄鐵的熱處理進行實驗，對其球墨鑄鐵的各種性能進行分析與討論。

關(guān)鍵詞：

熱處理工藝；球墨鑄鐵；組織；性能

作為最近30年以來，在鑄鐵冶金行業(yè)做出突出貢獻，經(jīng)過熱處理工序而產(chǎn)生的球墨鑄鐵，是在新形勢下產(chǎn)生的新的材料產(chǎn)物，該材料具有成本低廉、各方面綜合性好、韌性強、強度大等優(yōu)勢，所以，在未來的發(fā)展過程中它必定會大放異彩，成為備受人們矚目的材料之一。現(xiàn)在加大熱處理工藝對球墨鑄鐵影響的研究，是順應(yīng)發(fā)展趨勢的一種行為，必將為人們帶來豐厚的回報。

1試驗材料與方法

在試驗過程中，我們所使用的材料大多是鑄態(tài)球墨鑄鐵，其中所含成分見下表1。在對熱處理進行試驗樣本制備的時候，基本上采用經(jīng)過手工砂型的鑄造從而得到的標準的材料Y型試塊，在Y型試塊的底面切下來2個部分，作為標準拉伸的試驗樣本。把制作完成的實驗樣本[1]，放在電阻中進行加熱，溫度達到900℃時進行保溫處理，使其奧氏體化，之后馬上把它放進硝酸鹽溶液中進行等溫操作，溫度分別為335℃、350℃、380℃，時間大約是1小時30分鐘，最后將其取出放在空氣中冷卻，達到室溫即可[2]。經(jīng)過熱處理之后，要對其進行粗磨和細磨，之后再用達到20%的冰醋酸和達到80%的高氯酸的混合溶液對實驗樣本進行拋光，時間大約為10秒鐘，最后，利用儀器對實驗樣本殘留的奧氏體的含量進行測量，同時，對其中奧氏體的含碳量進行計算。

2試驗結(jié)合與分析

2.1對殘余奧氏體溫及含碳量的影響

對試驗樣本中的碳含量以及奧氏體的殘余量進行計算得出，在335～380℃這段的等溫時間里，實驗樣本球墨鑄鐵能夠得到非常多的殘余奧氏體，并且，在殘余奧氏體當中，其碳含量基本上都處于1.75%~2.00%之間，含有這些數(shù)量碳的殘余奧氏體，擁有非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在熱力學(xué)上不易發(fā)生變化，并且，在收到外力作用的時候，也不會輕易地向馬氏體進行轉(zhuǎn)變。在330~380℃這段溫度范圍里，貝氏體的等溫的溫度在不斷地上升，而與之相伴的是殘余奧氏體不斷增加的體積分數(shù)，在其達到最大值時為50%，但是其中殘余奧氏體的碳含量會在開始時急速上升，最后緩慢的下降[3-5]。

2.2對球墨鑄鐵組織和力學(xué)性能的影響

根據(jù)圖1能夠看出，在經(jīng)過試驗的處理之后，其中包含的組織有貝氏體、殘余奧氏體、石墨以及馬氏體。當?shù)葴氐臏囟忍貏e高時，會形成像羽毛似的上貝氏體，貝氏體具有非常粗大的形態(tài)。當?shù)葴氐臏囟忍貏e低時，會形成像針一樣的下貝氏體。其中的殘余奧氏體的形態(tài)則是一直呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀。

2.2.1抗拉強度

當對球墨鑄鐵進行熱處理時，主要是在試驗樣本中的貝氏體的形態(tài)和含量影響其強度。從實驗數(shù)據(jù)中能夠看出，在330℃到380℃之間，貝氏體的等溫溫度越高，抗拉強度就會越小。這是因為，當溫度很低的時候，碳原子的就不會很快的擴散，而且貝氏體也會擁有較慢的增長速度，這個時候產(chǎn)生的貝氏體大部分是針形狀的，特別小，擁有特別高的相界面的結(jié)合力，所以就會使強度得到提升。溫度越來越高，貝氏體也就會增快自身生長速度，它的形狀也會發(fā)生改變。當?shù)葴氐臏囟群芨邥r，會形成像羽毛一樣的上貝氏體，抗拉強度得到增加。當?shù)葴販囟忍貏e低的時候，就會產(chǎn)生像針一樣的下貝氏體，抗拉強度也會相應(yīng)下降。

2.2.2伸長率

材料當中的碳含量和殘余奧氏體的含量對伸長率有著非常嚴重的影響，而在殘余奧氏體當中，它的碳含量的多少還將決定著自身的穩(wěn)定性。從測量得到的數(shù)據(jù)中能夠看到，在330~380℃的范圍內(nèi)，貝氏體的等溫溫度不斷上升，伸長率開始時增大之后逐漸減小。造成這種現(xiàn)象的原因是，當溫度不高時，碳原子不會擁有特別高的擴散速度，殘余奧氏體很少，并且其中有一些的碳含量特別低，沒有穩(wěn)定的性能，致使在空氣冷卻、機器加工或者是進行拉伸使其受力的時候，都會有一些轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而就因為這些馬氏體，大大影響了延伸率，所以導(dǎo)致此時非常低的延伸率。

2.2.3拉伸斷口形貌

通常來講，斷口形貌能夠反映實驗樣本的韌塑性的好壞。在球墨鑄鐵當中，石墨就好比是基體上的一個空洞，會嚴重影響強度，在受到拉應(yīng)力的時候，會導(dǎo)致不是特別圓的石墨球的邊緣部位產(chǎn)生一定程度的裂紋。

3討論

（1）在規(guī)定的溫度范圍之內(nèi)，貝氏體的等溫溫度越高，材料的抗拉強度就會越低，其伸長率的變化是開始增大之后減小。

（2）在試驗中，球墨鑄鐵里面擁有很多的殘余奧氏體，大約在17%~49%之間，它們的碳含量都在1.7%~1.9%以內(nèi)，而且殘余奧氏體也大多是碳含量豐富而且較為穩(wěn)定的奧氏體。

（3）當?shù)葴販囟确浅５偷臅r候會形成像針一樣的下貝氏體；而當?shù)葴販囟确浅８叩臅r候就會形成像羽毛一樣的上貝氏體。

（4）在實驗樣本進行拉伸后，其斷口表現(xiàn)為非常多的韌窩狀，是非常明顯的韌性斷裂。

4總結(jié)

本文通過在不同貝氏體溫度下對球墨鑄鐵的力學(xué)性能、微觀組織以及殘余奧氏體的影響的研究，發(fā)現(xiàn)在規(guī)定溫度內(nèi)，貝氏體的等溫溫度越高，其抗拉強度就越低；延伸率則是開始上升后來下降。殘余奧氏體則隨溫度升高而上升，但是其中的含碳量就是先上升后下降。

參考文獻：

[1]李蒙.熱處理工藝對球墨鑄鐵曲軸組織和性能的影響[J].鑄造技術(shù),2010,31(3):269-270.

[2]公永建,劉國華.熱處理工藝對含硼球墨鑄鐵組織和力學(xué)性能的影響[J].鑄造技術(shù),2015(8):2009-2011.

[3]王志斌,徐錦鋒,翟秋亞,等.熱處理對D-5S高Ni球鐵組織及力學(xué)性能的影響[J].現(xiàn)代鑄鐵,2014,34(6):15-21.

[4]李子海,宮本奎,劉紹昌,等.高性能球墨鑄鐵表面熱處理方法研究[J].鑄造設(shè)備與工藝,2015(3):46-47.

[5]李永真,張立平,王守河,等.QT850-5球墨鑄鐵的熱處理工藝[J].金屬加工:熱加工,2014(7):89-91.

作者:王靜平 王建國 孫志敏 單位:內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金與材料工程系