保溫及深冷處理對(duì)改善高鉻鑄鐵性能的研究

唐秀麗,李永力

（吉林化工學(xué)院,吉林 吉林 132102）

保溫及深冷處理對(duì)改善高鉻鑄鐵性能的研究

唐秀麗,李永力

（吉林化工學(xué)院,吉林 吉林 132102）

根據(jù)高鉻鑄鐵在各種領(lǐng)域中的使用性能特點(diǎn),本研究在原有熱處理工藝的基礎(chǔ)上,為了改善其組織性能進(jìn)一步探討兩種保溫及深冷處理工藝對(duì)高鉻鑄鐵性能的影響。

高鉻鑄鐵；深冷處理；回火

含鉻量在12%～28%之間的白口鑄鐵就屬于高鉻鑄鐵，它是一種廣泛應(yīng)用于采礦、電力、筑路機(jī)械、水泥、耐火材料等各個(gè)領(lǐng)域，常見(jiàn)于磨料磨損和沖擊磨損的機(jī)件，如襯板、拋丸清理機(jī)室體、葉片、錘頭、磨球等。高鉻鑄鐵具有比合金鋼優(yōu)良的耐磨性能、比一般白口鑄鐵優(yōu)良的韌性和強(qiáng)度，同時(shí)抗腐蝕和抗高溫性能也很突出，并且成本較低、容易生產(chǎn)。為了提高高鉻鑄鐵的各項(xiàng)性能指標(biāo)，改善它的韌性、減少它的脆性等問(wèn)題，使得在某些沖擊較大的情況下也能很好地發(fā)揮它的使用價(jià)值，毫無(wú)疑問(wèn)地在一定程度上會(huì)更加擴(kuò)大其推廣和使用。所以提高高鉻鑄鐵的沖擊韌性、增加它的耐磨性等力學(xué)性能，也一直具有可研究的價(jià)值和意義。

熱處理工藝的不斷發(fā)展和改進(jìn)，深冷技術(shù)逐漸地被許多研究人員用來(lái)來(lái)改進(jìn)材料的性能。深冷處理技術(shù)是一種通過(guò)改善工件內(nèi)部組織的成分比例、分布均勻性，從而能夠改善金屬工件耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)韌性、使用壽命的熱處理工藝。深冷處理指溫度在－130℃以下的冷處理，通過(guò)低溫處理來(lái)改善材料組織性能，可以轉(zhuǎn)變殘余奧氏體、析出超細(xì)碳化物、提高馬氏體的抗蝕性、減少工件變形、開(kāi)裂等，而且工藝簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)污染，具有很好的應(yīng)用前景，但是在各種實(shí)施熱處理方案、把深冷技術(shù)更好地融合進(jìn)去，還是具有一定的復(fù)雜程度和可變化性。

為了發(fā)揮高鉻鑄鐵的潛在能力，本研究將在原有的研究基礎(chǔ)上采用兩種工藝，從而來(lái)探討保溫與深冷處理之間的互相配合對(duì)高鉻鑄鐵性能的影響。借助學(xué)院力學(xué)性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室及中航一集團(tuán)下屬工廠的熱處理車間，針對(duì)高鉻鑄鐵展開(kāi)兩套方案的熱處理實(shí)驗(yàn)。

1 確立熱處理的方案

工藝一為針對(duì)高鉻鑄鐵試樣采用1100℃保溫2小時(shí)，空淬后進(jìn)行深冷處理，即空淬后放入液氮（-196℃）中保冷2小時(shí)，再進(jìn)行回火保溫4小時(shí)，回火溫度分別取150、250、350、450、550和650℃，完成后空冷。熱處理工藝圖如圖1所示。

工藝二為針對(duì)高鉻鑄鐵試樣在1100℃保溫2小時(shí)，隨爐冷卻到900℃并保溫1小時(shí)后取出空冷，隨后加入深冷處理，2小時(shí)后進(jìn)行回火處理，回火溫度分別從150～650℃，每隔100℃取一次試驗(yàn)樣本，保溫時(shí)間均為4小時(shí)。熱處理工藝方案如圖2所示。

圖2 熱處理工藝二

2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)以上兩種方案的實(shí)施，將得到的試樣進(jìn)行各項(xiàng)力學(xué)性能檢測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，尋找合適的熱處理工藝來(lái)提高高鉻鑄鐵在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中的使用效益。

2.1 兩種方案對(duì)高鉻鑄鐵硬度的影響對(duì)比

把運(yùn)用兩種不同熱處理工藝得到的試樣在試驗(yàn)室進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。從對(duì)比圖中可以觀察出，經(jīng)過(guò)兩種方案熱處理后的試樣，在硬度方面的性能變化隨回火溫度的改變趨勢(shì)基本類似。未經(jīng)過(guò)二次900℃保溫的試樣，得到的硬度測(cè)試值在150℃和450℃回火時(shí)會(huì)出現(xiàn)最大值，在650℃回火時(shí)硬度急劇下降。而試樣經(jīng)過(guò)二次保溫后再經(jīng)深冷處理其硬度值略有下降。這是由于在二次保溫的過(guò)程中殘余奧氏體量不多，本身奧氏體轉(zhuǎn)變的較為徹底，以至于后期的深冷處理并沒(méi)有對(duì)硬度的改善起到更好的作用。

圖3 深冷處理對(duì)高鉻鑄鐵回火后硬度的影響

2.2 對(duì)高鉻鑄鐵沖擊韌度的影響

將用兩種不同的熱處理工藝制作而成的材料試樣分別進(jìn)行了沖擊韌度的測(cè)試，得到如圖4所示的結(jié)果。從中可以看出，按照工藝一和工藝二分別進(jìn)行熱處理以后，兩者的沖擊韌度峰值都會(huì)出現(xiàn)在回火溫度250℃左右。但是二次保溫后所得到的沖擊韌度值可達(dá)到9.8J cm-2，在450℃時(shí)兩種工藝得到的沖擊韌度值接近，在650℃時(shí)經(jīng)二次保溫后深冷處理的沖擊韌度值仍可保持在8.4 J cm-2。所以高鉻鑄鐵先經(jīng)過(guò)二次900℃保溫、深冷處理，然后回火保溫，得到的硬度參數(shù)和沖擊韌度能夠很好地配合。

圖4 兩種工藝對(duì)高鉻鑄鐵沖擊韌度的影響

2.3 對(duì)高鉻鑄鐵耐磨性能的影響對(duì)比

將用兩種工藝進(jìn)行熱處理的試樣進(jìn)行磨損率測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。在圖中對(duì)比可以觀察到經(jīng)一次保溫加深冷處理、回火4小時(shí)的試樣磨損率伴隨著回火溫度的遞增變化，先是在250℃時(shí)升高、然后在350℃回火時(shí)磨損率下降到最低。經(jīng)二次保溫加深冷處理再回火保溫的試樣，滾筒式磨損率隨著回火溫度的升高發(fā)生起伏性變化，在450℃回火時(shí)磨損率最低。綜合分析兩種熱處理工藝下磨損的試驗(yàn)結(jié)果，可以得出結(jié)論：經(jīng)一次保溫加深冷處理的高鉻鑄鐵經(jīng)過(guò)350℃回火保溫4小時(shí)，可以獲得較好的耐磨性。

3 試驗(yàn)結(jié)論

針對(duì)回火工藝與深冷處理之間的互相配合，改善高鉻鑄鐵性能的試驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：

高鉻鑄鐵在1100℃保溫2小時(shí)后取出空冷，隨后放入-196℃的液氮中保冷2小時(shí)，隨后如果進(jìn)行150℃回火溫度、保溫4小時(shí)的熱處理工藝，可獲得較好的硬度；如果進(jìn)行350℃回火溫度、保溫4小時(shí)的熱處理工藝，可獲得較好的磨損率。

圖5 滾筒式磨損條件下的試驗(yàn)結(jié)果

高鉻鑄鐵在1100℃保溫2h后進(jìn)行爐冷到900℃并保溫1小時(shí)，空冷后放入-196℃的液氮中保冷2小時(shí)，隨后如果進(jìn)行250℃回火溫度、保溫4小時(shí)的熱處理工藝，可獲得較好的沖擊韌度；如果進(jìn)行450℃的回火溫度、保溫4小時(shí)的熱處理工藝，可同時(shí)獲得較好的硬度和磨損率。

在生產(chǎn)實(shí)際中，可以根據(jù)對(duì)高鉻鑄鐵的使用條件和力學(xué)性能的重要需求，選擇合適的熱處理工藝過(guò)程，從而得到更為經(jīng)濟(jì)、性能更合適的工件。

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