船舶柴油機(jī)鑄鐵件回火溫度的控制與優(yōu)化

摘 要：鑄鐵件在船舶柴油機(jī)中應(yīng)用廣泛，熱處理溫度對(duì)鑄鐵件的性能有著重要影響，因此研究熱處理溫度對(duì)鑄鐵件性能的影響規(guī)律具有重要意義。文章以船舶柴油機(jī)鑄鐵件為研究對(duì)象，對(duì)在不同熱處理溫度條件下的鑄鐵件的組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究，得出了熱處理溫度對(duì)鑄鐵件組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，對(duì)之后船舶柴油機(jī)鑄鐵件的熱處理溫度的控制與優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：船舶柴油機(jī)；鑄鐵件；熱處理

1 概述

為獲取具有不同性能的鑄鐵件，熱處理溫度的高低對(duì)鑄鐵件性能的影響至關(guān)重要。船舶柴油機(jī)不同部位的鑄鐵件對(duì)于其耐磨、抗拉等強(qiáng)度的要求不同，其熱處理溫度也會(huì)不同，熱處理工藝對(duì)鑄鐵件性能影響的規(guī)律的研究對(duì)于船舶制造業(yè)鑄鐵件的使用具有積極影響。文章以船舶柴油機(jī)的鑄鐵件為研究對(duì)象，對(duì)在不同熱處理溫度條件下的鑄鐵件的組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究，得出了熱處理溫度對(duì)鑄鐵件組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，為今后船舶制造業(yè)對(duì)鑄鐵件的熱處理溫度的控制與優(yōu)化奠定一定的研究基礎(chǔ)。

2 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為船舶柴油機(jī)鑄鐵件，其化學(xué)組成見表1。采用熔模精密鑄造法制備試驗(yàn)樣品，將澆注成型的鑄鐵棒清理、切割、取樣分別進(jìn)行拉伸、沖擊試驗(yàn)。試樣工分三組，一組為拉伸試樣，拉伸試樣尺寸為標(biāo)距10mm、3mm*2mm，一組為沖擊試樣，沖擊試樣制樣標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 229-2007，第三組為空白試樣，用于鑄鐵件組織性能的測(cè)定。

三組試樣分別進(jìn)行淬火（淬火溫度選定為1000℃）和回火（回火溫度分別設(shè)定系列溫度500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃），回火保溫時(shí)間為1h，然后空冷至常溫。金相顯微鏡觀察熱處理后鑄鐵件形貌。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1為回火后的鑄鐵件金相組織（回火溫度為550℃），從圖中可以看出，回火后鑄鐵件的組織主要為馬氏體和高溫鐵素體。由圖1可以看出，鑄鐵件的組織呈現(xiàn)為較多針狀，可以判斷為馬氏體，為未全部奧氏體化的組織結(jié)構(gòu)。馬氏體是高的強(qiáng)度和硬度的主要特征，經(jīng)過(guò)回火的作用，該鑄鐵件具有了較高比例的馬氏體，從微觀組織而言，該鑄鐵件具有較高的強(qiáng)度和硬度。根據(jù)鑄鐵件熱處理工藝研究進(jìn)展，進(jìn)一步提高回火溫度，可有效提高馬氏體的奧氏體顆?；?，奧氏體的顆?；⒉荒茉鰪?qiáng)鑄鐵件的力學(xué)性能，因此選擇合適的回火溫度和回火時(shí)間對(duì)于鑄鐵件的力學(xué)性能具有重要作用。

為測(cè)定鑄鐵件的力學(xué)性能以及鑄鐵件力學(xué)性能與回火溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系和規(guī)律，我們對(duì)不同回火溫度下的鑄鐵件的強(qiáng)度、硬度和沖擊性能進(jìn)行了比對(duì)分析，并完成了一定回火溫度下，不同回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系圖。圖2為鑄鐵件在不同回火溫度（500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃）下鑄鐵件的力學(xué)性能。

根據(jù)圖2鑄鐵件在不同回火溫度下的力學(xué)性能，可以得出，隨著火溫度的升高，鑄鐵件的強(qiáng)度呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，隨著回火溫度的升高，鑄鐵件的硬度也隨之減小的趨勢(shì)，隨著回火溫度的升高，鑄鐵件的沖擊吸收功隨之增高。

對(duì)鑄鐵件的強(qiáng)度而言，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)一致，均為隨著回火溫度的升高，強(qiáng)度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。影響鑄鐵件強(qiáng)度變化的因素主要有：隨著回火溫度的升高，碳化物逐漸溶解，因晶格擠壓造成的馬氏體強(qiáng)度增加；隨著回火溫度的升高，奧氏體逐漸增加，導(dǎo)致其強(qiáng)度和硬度值的降低。兩種作用同時(shí)進(jìn)行，影響著鑄鐵件的硬度和強(qiáng)度。由圖2可以看出，強(qiáng)度和硬度值隨著回火溫度的升高而降低，說(shuō)明在奧氏體增加和碳化物的溶解作用下，鑄鐵件的強(qiáng)度和硬度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。根據(jù)圖2數(shù)據(jù)顯示，強(qiáng)度隨著回火溫度的升高，在500～700℃的范圍內(nèi)，其降低值均在50%以上，由此可見隨著回火溫度的升高，強(qiáng)度值減小的比例非常大，強(qiáng)度受回火溫度的影響非常大，均在50%以上，因此對(duì)回火溫度的有效控制在一定程度上能夠有效控制其強(qiáng)度。

對(duì)鑄鐵件的硬度而言，其隨著回火溫度的變化趨勢(shì)于其強(qiáng)度的變化趨勢(shì)一致，鑄鐵件硬度隨著回火溫度的升高，其降低率達(dá)到50%以上，與鑄鐵件的強(qiáng)度變化值基本一致，因此一般情況下，鑄鐵件的強(qiáng)度和硬度值可在一定程度上互相表示。據(jù)鑄鐵件回火的研究進(jìn)展，500℃時(shí)，鑄鐵件的奧氏體逐步分解，轉(zhuǎn)變?yōu)檠伛R氏體界面分布的滲碳體，導(dǎo)致在回火溫度為500℃時(shí)，鑄鐵件具有較好的強(qiáng)度和硬度。隨著回火溫度的升高，奧氏體逐漸分解完全，碳化物的減少，以及逆化奧氏體的形成，使得材料的強(qiáng)度和硬度逐漸降低，沖擊韌性逐漸升高。

對(duì)鑄鐵件的沖擊吸收功而言，其隨著回火溫度的升高呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，沖擊吸收功自500℃的40J/cm2增加至700℃的130J/cm2，增加率達(dá)到225%。由圖2的沖擊吸收功變化趨勢(shì)得出，鑄鐵件的沖擊吸收功的增加呈現(xiàn)逐漸變緩的趨勢(shì)，變化最大的階段位于500～600℃，之后沖擊吸收功的增大呈現(xiàn)較大變緩趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，熱處理溫度影響著船舶柴油機(jī)鑄鐵件的強(qiáng)度、硬度和沖擊韌性，當(dāng)需要獲得較高強(qiáng)度、較高硬度和較低沖擊韌性時(shí)，可采用500～600℃的回火溫度。若需要獲得較高的沖擊韌性，可適當(dāng)提高鑄鐵件的回火溫度（回火溫度可設(shè)定在600℃以上）。不同回火溫度于強(qiáng)度、硬度和沖擊韌性的曲線可為獲取不同的強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性提供參考，依據(jù)對(duì)材料強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性的不同可設(shè)定不同的回火溫度。綜合考慮鑄鐵件的強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性，在回火溫度為600℃時(shí)，可獲得具有優(yōu)良強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性的鑄鐵件。

參考文獻(xiàn)

[1]譚克成，高禎云.滲碳溫度對(duì)齒輪鋼組織及磨損性能的影響[J].鑄造技術(shù)，2015，36（3）：641-643.

[2]楊延輝，王毛球，陳靜超，等.高溫滲碳齒輪鋼的研究進(jìn)展[J].特殊鋼，2013，34

（1）：22-24.

[3]李明珠，趙云龍.提高2Cr13馬氏體不銹鋼疲勞強(qiáng)度的工藝研究[J].熱加工工藝，2010，39（12）：171-172.

[4]燕來(lái)生.熱處理工藝對(duì)高鉻鑄鐵組織和性能的影響[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，

2005，24（3）：201-203.

[5]安翔.輪機(jī)工程基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社，2011.