金相檢驗與熱處理工藝

歐釋文

摘 要：灰鑄鐵件常因硬度偏低使其不符合工藝要求，如機械性能、切削性能等等。通過金相檢驗手段，觀察基體內部顯微組織的變化，改進熱處理正火工藝，從而增加了工件的珠光體數(shù)量，提高了硬度，同時改善了鑄件的機械性能和切削性能。

關鍵詞：金相組織；石墨化；熱處理；正火工藝

缸套是剎車氣泵的關鍵件，要求具有良好的耐磨性及適當?shù)膹姸龋⑶疫€要便于切削。硬度要求在200HB± 30HB。通常是采用正火的熱處理工藝。但是因為采用常規(guī)正火熱處理工藝處理后，工件的硬度比工藝要求200HB± 30HB要低，因而造成硬度偏低達不到標準的工藝要求。與硬度在標準工藝要求范圍的工件進行金相檢驗對比，發(fā)現(xiàn)兩者之間所含的珠光體數(shù)量有明顯的區(qū)別。

1 原因婦分析

缸套為合金鑄鐵，基體組織為珠光體+少量鐵素體+片狀石墨。材料的機械性能是由它的金相組織決定的，石墨化是基體組織形成的重要過程。當澆注溫度較高，冷卻速度緩慢時，由于石墨析出較多而形成珠光體+鐵素體+片狀石墨的組織。鐵素體的硬度很低，大約在80HB～ 100HB之間。由于鐵素體的出現(xiàn)，降低了工件的硬度，使鑄件的機械性能變差。

2 工藝改進

對于硬度偏低的工件，要想提高硬度，一般是采用正火處理。正火是零件加熱到Ac1以上較高的溫度，保溫一定的時間，原來貧碳的鐵素體區(qū)域，通過高溫下的原子擴散，溶入較多的碳。通過冷卻，形成鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織，即珠光體組織。從而提高了鑄件的硬度，同時改善了鑄件的機械性能。

正火的目的是為了增加基體中珠光體數(shù)量并提高它的彌散度，從而提高鑄件強度、硬度和耐磨性。在對鑄件進行正火處理時，由于采用溫度（奧氏體化溫度）不同，獲得的基體組織也不同。從而反映出不同的機械性能。這就為我們提供了根據(jù)鑄件的工作條件，適當調整熱處理工藝（正火溫度和冷卻速度），獲得所要求的機械性能的條件。

根據(jù)正火溫度與金相組織及機械性能的關系目前生產上采用的正火處理工藝有三種。即高溫完全奧氏體化正火，中溫部分奧氏體化正火，低碳奧氏體化正火。高溫奧氏體化正火的熱處理工藝是將鑄件加熱到900℃～940℃，保溫1～3小時，使基體轉變?yōu)閵W氏體，然后出爐空冷，從而得到珠光體基體的鑄鐵工件。

正火溫度不宜過高，從極限溫度（950℃）再提高溫度并不能增加珠光體數(shù)量，反而會引起奧氏體晶粒粗大，并使石墨碳溶入奧氏體的數(shù)量過多，冷卻時易于晶界析出網狀二次滲碳體，對鑄件機械性能不利。在極限溫度范圍內提高正火溫度，能夠提高珠光體含量。增加保溫時間在最初一小時內珠光體數(shù)量會有所增加，繼續(xù)延長保溫時間珠光體數(shù)量幾乎不變。高溫完全奧氏體化正火所獲得的的顯微金相組織珠光體+極少量鐵素體+片狀石墨。

中溫部分奧氏體化正火是將鑄件加熱到共析轉變臨界溫度范圍內（大約在800℃～880℃），保溫一定時間或者漿將鑄件加熱到臨界溫度上限30℃～50℃，進行適當保溫，使組織完全奧氏體化，然后再降溫到臨界溫度范圍內保溫一定時間。由于在這個溫度范圍內僅有一部分組織轉變?yōu)閵W氏體，這種奧氏體碳的濃度比高溫奧氏體化的低，而剩下的部分鐵素體則以分散分布（或稱破碎狀鐵素體），從而出爐空冷后便獲得珠光體+分散鐵素體（或稱破碎狀鐵素體）。從而提高其綜合機械性能，特別是塑性和韌性。分散鐵素體的數(shù)量與正火溫度有關，越接近臨界溫度的下限，分散鐵素體的數(shù)量越多。增加保溫時間，可使部分石墨碳溶解擴散到奧氏體中去，提高奧氏體中碳的濃度，因而對正火處理后鑄件增加珠光體數(shù)量有良好的作用。

冷卻速度對珠光體組織的形成影響很大。冷卻速度慢，其中的碳原子會有一部分析出而形成游離態(tài)石墨。造成珠光體數(shù)量較少而使硬度偏低，機械性能較差。而冷卻速度快，其中的碳原子來不及以游離狀態(tài)析出而已經形成了珠光體組織。這種組織屬偽共析組織，它與平衡組織相比基體中化合碳較多，所以珠光體數(shù)量增多而使硬度偏高，機械性能得到改善。鑄鐵的化學成分是決定鑄鐵件機械性能的重要因素，它的影響主要是通過改變鑄鐵金相組織來影響機械性能。對正火后鑄件的基體組織也有較大的影響。硅含量過高或錳含量過低常常會使珠光體含量達不到要求，因此必須嚴格控制鑄件的化學成分。

3 試驗工藝及結果

3.1 試驗條件

箱式爐；零件名稱：缸套；化學成分（工藝標準）：（%）C：3.00～3.70；Si：2.00～2.50；Mn：0.50～0.80；S： ≤0.045；P： ≤0.045；Cu：0.20～0.80。

3.2 試驗工藝

根據(jù)高溫完全奧氏體化正火和中溫部分奧氏體化正火處理后得到的基體組織和標準工藝的要求，通過多次試驗的結果，對正常正火工藝進行了改進。最終確定了正火工藝。將工件放入箱式爐中，隨爐升溫（或低于500℃時入爐），至（800～900）℃，保溫（60～90）分鐘，將零件攤開并立即噴水，視工件為暗紅色，停止噴水，自然冷卻。

3.3 試驗結果

處理前零件平均硬度為142HB，基體組織為珠光體+鐵素體+片狀石墨。處理后平均硬度為188HB，基體組織為珠光體+極少量鐵素體+片狀石墨。處理后使工件珠光體數(shù)量增加，鐵素體數(shù)量減少或幾乎消除，從而提高了工件硬度，改善了機械性能，使切削性能良好。

4 工藝改變說明

①正常的熱處理正火工藝，是加熱保溫出爐后，空氣中自然冷卻。但硬度只能提高到160HB左右。低于工藝要求。而改進后的工藝是在零件出爐后攤開立即噴水，加快了冷卻速度，硬度提高到188HB左右。符合工藝要求；②通過檢驗金相組織，指導改變熱處理工藝，得到良好的結果。