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天津市新聯鑄鍛有限公司依靠科技進步,優化產品結構,強化企業管理,增強企業活力的治廠方針;提質降耗增加效益的管理機制;團結、奮進、求實、開拓創新的企業精神;本著用戶就是上帝,對用戶負責,一切為用戶服務的宗旨。以質量求信譽,靠信譽求發展。

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導航:天津鑄造廠,天津球墨鑄鐵件,ADI等溫淬火球墨鑄鐵
公司新聞

熱處理工藝對等溫淬火的影響

熱處理工藝對等溫淬火的影響

等溫淬火球墨鑄鐵被譽為近30年來鑄鐵冶金方面的重大成就之一,是材料領域的新科技產物,使用這種材料制備的鑄件具有強度高、韌性好、強塑積較高、綜合性能良好以及生產成本低等優點,因此具有良好的應用前景,已經成為人們關注的熱點材料之一。等溫淬火球墨鑄鐵一般通過將鑄造狀況良好的鑄態球墨鑄鐵進行等溫淬火,最后空冷至室溫,等溫淬火工藝可以較容易地在球墨鑄鐵中獲得貝氏體和殘余奧氏體的混合組織,較高的殘余奧氏體含量使得這種材料相對其他鑄鐵材料來說有較好的塑性,而含量較高的貝氏體又使其有較高的強度,這使得等溫淬火球墨鑄鐵具有相當優良的綜合機械性能。等溫淬火工藝是20世紀30年代學者在研究合金鋼中等溫奧氏體轉變時移植過來的,此熱處理工藝最初用于鋼的奧氏體等溫淬火處理,現已廣泛用于球墨鑄鐵生產。典型的奧貝球墨鑄鐵等溫淬火工藝為:首先將球墨鑄鐵進行完全奧氏體化,然后將其迅速淬入一定溫度的鹽浴中等溫,以避免在高溫發生珠光體轉變,保溫一定時間后出爐空冷至室溫。本試驗的目的在于通過合適的熱處理工藝使得常規鑄造得到的鑄態球墨鑄鐵材料能夠獲得優良的綜合力學性能。

1試驗材料與方法

試驗材料采用常見的鑄態球墨鑄鐵,具體成分如表1。熱處理試樣制備采用手工砂型鑄造得到的標準Y型試塊(25mmY-Block),從Y型試塊底部切得標準拉伸試樣各2個。拉伸試樣采用ASTM_E8M-2004標準。將制備好的試樣在箱式電阻爐中900℃保溫,保溫時間分別為20、30、50min,進行奧氏體化,然后將試樣迅速放入硝鹽浴(50%KNO3+50%NaNO3)中進行335、350、380℃等溫,等溫時間為1.5h,最后空冷至室溫。熱處理后的試樣經過粗磨、細磨后使用高氯酸(80%)+冰醋酸(20%)電解液進行電解拋光10s左右,再使用X射線衍射儀測定殘余奧氏體含量,并計算殘余奧氏體的含碳量。

2試驗結果及分析

2.1貝氏體等溫溫度對殘余奧氏體量及其含碳量的影響根據X射線衍射圖(圖1),并利用式(1)~式(3)計算殘余奧氏體含量及其含碳量,殘余奧氏體含量如圖2、殘余奧氏體含碳量如圖3所示。從圖2和圖3可以看出,在335~380℃等溫時,試驗等溫淬火球墨鑄鐵均獲得了數量可觀的殘余奧氏體,且殘余奧氏體含碳量均在1.75%~2.0%之間,這種含碳量的殘余奧氏體在熱力學上較為穩定,且在受應變時不容易轉變成馬氏體。從圖2中可以看出,在試驗溫度范圍內,隨著貝氏體等溫溫度的升高,殘余奧氏體的體積分數逐漸增多,最高時接近50%,而殘余奧氏體含碳量有先上升后下降的趨勢。這是因為,在等溫溫度較低情況下,碳原子在奧氏體中的擴散系數Dγ較小,碳原子從貝氏體中通過貝氏體和奧氏體晶界擴散到奧氏體的過程不能迅速充分且快速的進行,導致此時形成的殘余奧氏體含碳量較低,無論是熱力學還是在受應變時都不穩定,在空冷或者機加工時會形成一定量的馬氏體夾雜在貝氏體組織中,且這種馬氏體不易區分,使殘余奧氏體含量較低,影響材料性能。隨著貝氏體等溫溫度的升高,碳原子在奧氏體中的擴散系數Dγ增大,更多的碳原子會固溶到奧氏體中,使殘余奧氏體含量提高,這時形成的殘余奧氏體含碳量也較高,殘余奧氏體也比較穩定。但當溫度升高至380℃時,碳原子的擴散速度相對試驗其他溫度下的擴散速度要快,富碳殘余奧氏體中多余的碳會在貝氏體奧氏體晶界處析出少量的碳化物,使得殘余奧氏體含碳量又有一定程度的下降。

2.2貝氏體等溫溫度對等溫淬火球墨鑄鐵組織和力學性能的影響從圖4可以看出,試驗處理后的組織主要為石墨、貝氏體、殘余奧氏體以及少量的馬氏體。等溫溫度低,形成針狀下貝氏體。等溫溫度高,形成羽毛狀上貝氏體,貝氏體形態較粗大。而殘余奧氏體形態一直呈不規則形狀。

2.2.1貝氏體等溫溫度對抗拉強度的影響在等溫淬火球墨鑄鐵中,影響其強度的主要是組織中貝氏體的含量及其形態。從圖5中可以看出,在試驗溫度范圍內隨著貝氏體等溫溫度的升高,抗拉強度逐漸減小。這是因為在溫度較低時,碳原子的擴散速度較慢,而貝氏體的生長速度也較慢,此時形成的貝氏體形態上多為針狀,尺寸較小,相界面結合力較高,因此強度較高。隨著溫度的升高,貝氏體生長速度增大,其形態也在發生改變,等溫溫度低,形成針狀下貝氏體,等溫溫度高,形成羽毛狀上貝氏體,貝氏體形態較粗大,使得抗拉強度逐漸降低。

2.2.2貝氏體等溫溫度對伸長率的影響影響伸長率的主要因素為基體中的殘余奧氏體量及其含碳量,而殘余奧氏體含碳量將決定殘余奧氏體的穩定性。從圖5中可以看出,在所試驗溫度范圍內,隨著貝氏體等溫溫度的升高,伸長率先增大后下降。這是因為溫度較低時,碳原子擴散速度較慢,形成的殘余奧氏體含量較少,且有部分含碳量較低,殘余奧氏體穩定性較差,使得這些殘余奧氏體在空冷、機加工、或拉伸受力時有部分會轉變成馬氏體,這部分馬氏體對延伸率的影響極大,因此此時延伸率較低。隨著貝氏體等溫溫度的升高,碳原子的擴散能力增強,有更多的碳原子從貝氏體中擴散并固溶到周圍的殘余奧氏體中,使得未轉變的殘余奧氏體含碳量增加,穩定性升高,冷卻到室溫后得以保存下來的殘余奧氏體含量增加,因此延伸率上升。但同時,貝氏體逐漸長大,到380℃時貝氏體形態明顯粗大,相界面結合能力減弱,因此延伸率會有一定程度的下降。此外溫度較高時,貝氏體奧氏體晶界處析出極少量的碳化物,也是造成延伸率下降的原因之一。

2.3拉伸斷口形貌一般來說,斷口形貌是反映試樣韌塑性優劣的一個標準。球墨鑄鐵中石墨相當于基體上的空洞,對強度產生較大影響,在拉應力作用下,容易從圓度不足的石墨球邊緣產生裂紋。圖6為試樣等溫淬火后拉伸斷口形貌掃描圖片,可以看出試樣拉伸斷口處存在大量韌窩,屬于韌性斷裂。

3結論

(1)在試驗溫度范圍內,隨著貝氏體等溫溫度的升高,材料的抗拉強度逐漸降低,伸長率先增大后下降。(2)試驗球墨鑄鐵中均有較多的殘余奧氏體,含量在17%~49%不等,其含碳量均在1.7%~1.9%之間,這些殘余奧氏體均為富碳、穩定的奧氏體。(3)等溫溫度低時(335℃),形成針狀下貝氏體;等溫溫度高時(380℃),形成羽毛狀上貝氏體。(4)試樣拉伸斷口形貌呈現大量的韌窩狀,韌性斷裂明顯。

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