火焰表面淬火對QT700-2 組織與性能影響

楊憲明

（石家莊工業泵廠有限公司，河北 石家莊 050100）

球墨鑄鐵是機械制造行業中廣泛應用的一種金屬材料，具有良好的技術經濟效益。火焰淬火適用于單件小批生產或現場淬火或對于運輸拆卸不便的重大零件和不適于采用其他表面淬火的零件。QT700-2 與德國GGG70L 牌號相似，具有良好的力學性能、表面淬火性能及焊接性能，目前較多應用于拉延模具[1]。采用QT600-3 和QT700-2 制造整體拉延模具具有如下優點：（1）可以省去刃口鑲塊，整個拉延模整體鑄造成型，節省材料費和機加工費；（2）拉延模在使用過程中球墨鑄鐵本身具有自潤滑作用，同時球墨鑄鐵具有吸油性，可提高拉延模的減摩性；（3）球墨鑄鐵較GM241 和GM246 具有較小的內應力和變形性，其強度遠大于GM241 和GM246，能夠明顯提高拉延模的使用壽命和精度。但是，在生產過程中有時會出現表面淬硬度和耐磨性達不到零件要求的問題[2]。本文著重分析火焰淬火對QT700-2 淬火后組織與性能影響，分析淬火后組織的轉變特點，為日后分析研究模具淬火硬度低和淬火開裂等問題提供基礎。

1 實驗方案

1.1 實驗材料

本實驗所用QT700-2 的化學成分如表1 所示，為了檢驗材料表面火焰淬火的效果，制作了一些實驗樣塊，其中楔形試塊用來制作抗拉試棒，厚板形試塊用來制作火焰淬火樣件，厚度45 mm，具體樣塊結構如圖1 所示。

表1 化學成分（質量分數，%）

圖1 試樣樣塊結構

1.2 實驗材料的鑄態組織與力學性能

對厚板型鑄造試塊線切割，切取金相試樣，進行金相觀察分析，金相組織與SEM 圖像如圖2 所示。鑄態組織中石墨球化情況良好，球化率都在90%以上，球化級別在2 級。相關實驗材料鑄態組織及力學性能如表2 所示。

表2 實驗材料鑄態組織及力學性能

圖2 金相組織與SEM 圖像

1.3 火焰淬火工藝簡述

表面火焰淬火時，控制氧氣壓力在0.4 MPa～0.6 MPa，氧氣與乙炔的混合比例1∶1.2 左右，火焰呈中性藍色，保證火焰適當長度，工件端面與噴嘴盡量保持垂直，，噴嘴距加熱表面的距離70 mm，將樣件加熱到橘紅色，溫度約為880 ℃～900 ℃.淬火后的試塊冷卻到室溫后再檢測淬火區的表面硬度。

2 火焰表面淬火后組織與硬度

火焰淬火后試樣由表面至里可分為淬火熱作用區和本體鑄態區，將金相照片拉長示意火焰淬火熱作用區即相變區的組織分布情況如圖3 所示，淬火后試塊的表層向內部分別為熔凝表層、滲碳體析出層、馬氏體轉變層與珠光體增多層，各層組織如圖4 所示，其后為本體組織屬于鑄態組織。

圖3 試樣橫截面組織變化示意圖

圖4 各轉變層金相組織

隨著深度的增加，組織有較大變化，試塊最表層冷卻速度最快，在馬氏體轉變之前有碳化物析出，靠近該層組織冷卻速度也較快，轉變成馬氏體。在石墨球周圍，碳濃度較低，Ms 點溫度高，快冷后除形成馬氏體外，還有部分殘余奧氏體。再向內，冷卻速度較為緩慢，接近正火空冷，珠光體增多。火焰淬火后各層組織厚度如表3 所示。

在光鏡下目測各相變區深度，從最表面至馬氏體轉變區為滲碳體區深度，從馬氏體轉變區至珠光體增多區，為馬氏體區深度，然后至本體區為珠光體增多區深度，并在火焰淬火后，試塊表面做了硬度測試，測量值如表3 所示。

表3 各相變區深度與試塊最表層硬度

火焰淬火后，組織變化明顯，其中馬氏體區深度達1 mm 以上，表面硬度提高至50 HRC 以上。火焰表面淬火可作為球墨鑄鐵QT700-2 一種經濟有效的表面硬化手段。

3 結論

1）對QT700-2 火焰淬火后，可明顯觀察到各相變區組織，由外到內分別是熔凝區、碳化物析出區、馬氏體轉變區、珠光體增多區；

2）經火焰表面淬火后，QT700-2 表面硬度由27 HRC 增加至50 HRC 以上，硬度增加明顯；

3）通過火焰表面淬火能得到理想的馬氏體層深度，可開發應用于局部需要硬化的模具。