保溫及深冷處理對改善高鉻鑄鐵性能的研究

唐秀麗 李永力

摘 要：根據高鉻鑄鐵在各種領域中的使用性能特點，本研究在原有熱處理工藝的基礎上，為了改善其組織性能進一步探討兩種保溫及深冷處理工藝對高鉻鑄鐵性能的影響。

關鍵詞：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，它是一種廣泛應用于采礦、電力、筑路機械、水泥、耐火材料等各個領域，常見于磨料磨損和沖擊磨損的機件，如襯板、拋丸清理機室體、葉片、錘頭、磨球等。高鉻鑄鐵具有比合金鋼優良的耐磨性能、比一般白口鑄鐵優良的韌性和強度，同時抗腐蝕和抗高溫性能也很突出，并且成本較低、容易生產。為了提高高鉻鑄鐵的各項性能指標，改善它的韌性、減少它的脆性等問題，使得在某些沖擊較大的情況下也能很好地發揮它的使用價值，毫無疑問地在一定程度上會更加擴大其推廣和使用。所以提高高鉻鑄鐵的沖擊韌性、增加它的耐磨性等力學性能，也一直具有可研究的價值和意義。

熱處理工藝的不斷發展和改進，深冷技術逐漸地被許多研究人員用來來改進材料的性能。深冷處理技術是一種通過改善工件內部組織的成分比例、分布均勻性，從而能夠改善金屬工件耐磨性、尺寸穩定性、強韌性、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，通過低溫處理來改善材料組織性能，可以轉變殘余奧氏體、析出超細碳化物、提高馬氏體的抗蝕性、減少工件變形、開裂等，而且工藝簡單、成本低、無污染，具有很好的應用前景，但是在各種實施熱處理方案、把深冷技術更好地融合進去，還是具有一定的復雜程度和可變化性。

為了發揮高鉻鑄鐵的潛在能力，本研究將在原有的研究基礎上采用兩種工藝，從而來探討保溫與深冷處理之間的互相配合對高鉻鑄鐵性能的影響。借助學院力學性能檢測實驗室及中航一集團下屬工廠的熱處理車間，針對高鉻鑄鐵展開兩套方案的熱處理實驗。

1 確立熱處理的方案

工藝一為針對高鉻鑄鐵試樣采用1100℃保溫2小時，空淬后進行深冷處理，即空淬后放入液氮（-196℃）中保冷2小時，再進行回火保溫4小時，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。

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

2 試驗結果

通過以上兩種方案的實施，將得到的試樣進行各項力學性能檢測，并對結果進行對比分析，尋找合適的熱處理工藝來提高高鉻鑄鐵在生產實際當中的使用效益。

2.1 兩種方案對高鉻鑄鐵硬度的影響對比

把運用兩種不同熱處理工藝得到的試樣在試驗室進行硬度測試，測試結果如圖3所示。從對比圖中可以觀察出，經過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基本類似。未經過二次900℃保溫的試樣，得到的硬度測試值在150℃和450℃回火時會出現最大值，在650℃回火時硬度急劇下降。而試樣經過二次保溫后再經深冷處理其硬度值略有下降。這是由于在二次保溫的過程中殘余奧氏體量不多，本身奧氏體轉變的較為徹底，以至于后期的深冷處理并沒有對硬度的改善起到更好的作用。

2.2 對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行了沖擊韌度的測試，得到如圖4所示的結果。從中可以看出，按照工藝一和工藝二分別進行熱處理以后，兩者的沖擊韌度峰值都會出現在回火溫度250℃左右。但是二次保溫后所得到的沖擊韌度值可達到9.8J·cm-2，在450℃時兩種工藝得到的沖擊韌度值接近，在650℃時經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。所以高鉻鑄鐵先經過二次900℃保溫、深冷處理，然后回火保溫，得到的硬度參數和沖擊韌度能夠很好地配合。 （下轉第29頁）

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2.3 對高鉻鑄鐵耐磨性能的影響對比

將用兩種工藝進行熱處理的試樣進行磨損率測試，其試驗結果如圖5所示。在圖中對比可以觀察到經一次保溫加深冷處理、回火4小時的試樣磨損率伴隨著回火溫度的遞增變化，先是在250℃時升高、然后在350℃回火時磨損率下降到最低。經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生起伏性變化，在450℃回火時磨損率最低。綜合分析兩種熱處理工藝下磨損的試驗結果，可以得出結論：經一次保溫加深冷處理的高鉻鑄鐵經過350℃回火保溫4小時，可以獲得較好的耐磨性。

3 試驗結論

針對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研究，得到以下結論：

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

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

在生產實際中，可以根據對高鉻鑄鐵的使用條件和力學性能的重要需求，選擇合適的熱處理工藝過程，從而得到更為經濟、性能更合適的工件。

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