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热处理工艺对球墨铸铁性能的影响

2016/12/23 阅读:

摘要:

热处理工艺在球墨铸铁的生产过程中起到重要作用。在对其进行淬火时的典型做法是:第一步,使球墨铸铁全部进行奥氏体化,第二步,迅速把球墨铸铁放进一定温度的盐溶液当中,进行等温处理,防止其在高温状态下转变成珠光体,持续一段时间后再拿到空气中制冷,达到室温即可。本篇文章就通过对球墨铸铁的热处理进行实验,对其球墨铸铁的各种性能进行分析与讨论。

关键词:

热处理工艺;球墨铸铁;组织;性能

作为最近30年以来,在铸铁冶金行业做出突出贡献,经过热处理工序而产生的球墨铸铁,是在新形势下产生的新的材料产物,该材料具有成本低廉、各方面综合性好、韧性强、强度大等优势,所以,在未来的发展过程中它必定会大放异彩,成为备受人们瞩目的材料之一。现在加大热处理工艺对球墨铸铁影响的研究,是顺应发展趋势的一种行为,必将为人们带来丰厚的回报。

1试验材料与方法

在试验过程中,我们所使用的材料大多是铸态球墨铸铁,其中所含成分见下表1。在对热处理进行试验样本制备的时候,基本上采用经过手工砂型的铸造从而得到的标准的材料Y型试块,在Y型试块的底面切下来2个部分,作为标准拉伸的试验样本。把制作完成的实验样本[1],放在电阻中进行加热,温度达到900℃时进行保温处理,使其奥氏体化,之后马上把它放进硝酸盐溶液中进行等温操作,温度分别为335℃、350℃、380℃,时间大约是1小时30分钟,最后将其取出放在空气中冷却,达到室温即可[2]。经过热处理之后,要对其进行粗磨和细磨,之后再用达到20%的冰醋酸和达到80%的高氯酸的混合溶液对实验样本进行抛光,时间大约为10秒钟,最后,利用仪器对实验样本残留的奥氏体的含量进行测量,同时,对其中奥氏体的含碳量进行计算。

2试验结合与分析

2.1对残余奥氏体温及含碳量的影响

对试验样本中的碳含量以及奥氏体的残余量进行计算得出,在335~380℃这段的等温时间里,实验样本球墨铸铁能够得到非常多的残余奥氏体,并且,在残余奥氏体当中,其碳含量基本上都处于1.75%~2.00%之间,含有这些数量碳的残余奥氏体,拥有非常稳定的结构,在热力学上不易发生变化,并且,在收到外力作用的时候,也不会轻易地向马氏体进行转变。在330~380℃这段温度范围里,贝氏体的等温的温度在不断地上升,而与之相伴的是残余奥氏体不断增加的体积分数,在其达到最大值时为50%,但是其中残余奥氏体的碳含量会在开始时急速上升,最后缓慢的下降[3-5]。

2.2对球墨铸铁组织和力学性能的影响

根据图1能够看出,在经过试验的处理之后,其中包含的组织有贝氏体、残余奥氏体、石墨以及马氏体。当等温的温度特别高时,会形成像羽毛似的上贝氏体,贝氏体具有非常粗大的形态。当等温的温度特别低时,会形成像针一样的下贝氏体。其中的残余奥氏体的形态则是一直呈现不规则的形状。

2.2.1抗拉强度

当对球墨铸铁进行热处理时,主要是在试验样本中的贝氏体的形态和含量影响其强度。从实验数据中能够看出,在330℃到380℃之间,贝氏体的等温温度越高,抗拉强度就会越小。这是因为,当温度很低的时候,碳原子的就不会很快的扩散,而且贝氏体也会拥有较慢的增长速度,这个时候产生的贝氏体大部分是针形状的,特别小,拥有特别高的相界面的结合力,所以就会使强度得到提升。温度越来越高,贝氏体也就会增快自身生长速度,它的形状也会发生改变。当等温的温度很高时,会形成像羽毛一样的上贝氏体,抗拉强度得到增加。当等温温度特别低的时候,就会产生像针一样的下贝氏体,抗拉强度也会相应下降。

2.2.2伸长率

材料当中的碳含量和残余奥氏体的含量对伸长率有着非常严重的影响,而在残余奥氏体当中,它的碳含量的多少还将决定着自身的稳定性。从测量得到的数据中能够看到,在330~380℃的范围内,贝氏体的等温温度不断上升,伸长率开始时增大之后逐渐减小。造成这种现象的原因是,当温度不高时,碳原子不会拥有特别高的扩散速度,残余奥氏体很少,并且其中有一些的碳含量特别低,没有稳定的性能,致使在空气冷却、机器加工或者是进行拉伸使其受力的时候,都会有一些转变为马氏体,而就因为这些马氏体,大大影响了延伸率,所以导致此时非常低的延伸率。

2.2.3拉伸断口形貌

通常来讲,断口形貌能够反映实验样本的韧塑性的好坏。在球墨铸铁当中,石墨就好比是基体上的一个空洞,会严重影响强度,在受到拉应力的时候,会导致不是特别圆的石墨球的边缘部位产生一定程度的裂纹。

3讨论

(1)在规定的温度范围之内,贝氏体的等温温度越高,材料的抗拉强度就会越低,其伸长率的变化是开始增大之后减小。

(2)在试验中,球墨铸铁里面拥有很多的残余奥氏体,大约在17%~49%之间,它们的碳含量都在1.7%~1.9%以内,而且残余奥氏体也大多是碳含量丰富而且较为稳定的奥氏体。

(3)当等温温度非常低的时候会形成像针一样的下贝氏体;而当等温温度非常高的时候就会形成像羽毛一样的上贝氏体。

(4)在实验样本进行拉伸后,其断口表现为非常多的韧窝状,是非常明显的韧性断裂。

4总结

本文通过在不同贝氏体温度下对球墨铸铁的力学性能、微观组织以及残余奥氏体的影响的研究,发现在规定温度内,贝氏体的等温温度越高,其抗拉强度就越低;延伸率则是开始上升后来下降。残余奥氏体则随温度升高而上升,但是其中的含碳量就是先上升后下降。

参考文献:

[1]李蒙.热处理工艺对球墨铸铁曲轴组织和性能的影响[J].铸造技术,2010,31(3):269-270.

[2]公永建,刘国华.热处理工艺对含硼球墨铸铁组织和力学性能的影响[J].铸造技术,2015(8):2009-2011.

[3]王志斌,徐锦锋,翟秋亚,等.热处理对D-5S高Ni球铁组织及力学性能的影响[J].现代铸铁,2014,34(6):15-21.

[4]李子海,宫本奎,刘绍昌,等.高性能球墨铸铁表面热处理方法研究[J].铸造设备与工艺,2015(3):46-47.

[5]李永真,张立平,王守河,等.QT850-5球墨铸铁的热处理工艺[J].金属加工:热加工,2014(7):89-91.

作者:王静平 王建国 孙志敏 单位:内蒙古机电职业技术学院冶金与材料工程系

热处理工艺对球墨铸铁性能的影响

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