高铬白口铸铁耐磨性和显微组织的关系_孙志平

含量越低, 直至完全消除残留奥氏体。
磨损表面呈犁沟形貌。由于 A l2O3 的硬度比高铬白口
3 2 磨损行为分析 图 3 为 16Cr 2 5M n 铸铁 磨 损 表 面 形 貌, 16C r
铸铁的硬度高得多, 在一定的压力下, A l2O3 颗粒进入 试样表面并在切向应力作用下对材料进行犁削。在磨
高铬白口铸铁耐磨性和显微组织的关系
孙志平 1, 沈保罗 1, 高升吉 1, 闫 静 1, 杨 林 1, 黄四九 2 ( 1 四川大学 金材系, 四川 成都 610065; 2 四久稀土合金铸造厂, 四川 成都 610211) 摘要: 研究了高铬白口铸铁亚临界热处理后耐磨性和显微组织的关系。结果表明, 高铬铸铁在亚临界热处理过程 中 C和 C r以 M 23 C6 型二次碳化物的形式析出, 导致奥氏体 M s点升高, 使其在冷却时发生马氏体转变。马氏体的 高硬度改善了合金耐磨性。合金耐磨性和合金组织中残留奥氏体含量具有相互对应关系, 本试验中此含量为 10% 左右。当残留奥氏体含量低于 10% 时, 由于 ( F e, Cr) 23 C6 发生向 M 3C型碳化物的原位转变, 相应的组织转变 为珠光体, 导致耐磨性急剧下降。 关键词: 高铬白口铸铁; 耐磨性; 显微组织; 亚临界热处理 中图分类号: TG113; TG143 1 文献标识码: A 文章编号: 0254 6051( 2005) 07 0060 05
t ion. W hen the retained austen itic content is low er than 10% , the w ear resistance w ill be reduced greatly due to in situ
transform ation o f ( F e, Cr) 23 C6 to M3C and pearlitic structure fo rm ing.
resu lts show that the w ear resistance is improved due to austen ite transform ing in to m artensite after sub crit ica l heat treat
m en.t There is co incidence relat ion betw een w ear resistance and reta ined austenite con tent in the cast iron. And the opti m a l w ear resistance corresponds w ith certain reta ined austen ite conten.t It is abou t 10% under the experim enta l condi
cast iron and ho ld ing tim e ( a) 16C r 2 5M n cast iron ( b ) 16Cr 1M o 1Cu cast iron
沟的两侧形成沟脊。经反复的犁削和挤压, 材料因塑 性耗尽而脱落, 从而形成了磨粒磨损。根据文献 [ 11] 的论述, 多相材料中弥散相的体积分数、分布、弥散相
转变和二次碳化物的析 出及转变; 用 JSM 5900LV 型
扫描电子显微镜观察组织形貌; 用 M 200型磨损试验
机进行静载滑动磨损试验, 下试样为外贴 150号棕刚
玉 ( A l3O 2 ) 砂 布的 50mm 的 45 钢 圆环, 上试 样 为
10mm 10mm 10mm 的高铬白口铸铁磨损试样, 载荷
( a) 16Cr 2 5M n as cast cond ition ( b ) 16Cr 1M o 1Cu as cast cond ition
( c) 16C r 2 5M n cas t iron sub critical heat treated at 520 for 8h ( d) 16Cr 1M o 1Cu cast iron sub crit ica l heat treated at 580 for 10h
脱氧, 然后在铸铁模具中铸成 80mm 的磨球, 浇注温 度 1773K。磨球冷 却后 用线 切 割机 切割 成 10mm 10mm 10mm 的亚临界处理试样和 X 射线衍射试样。 高铬白口铸铁的化学成分见表 1。
表 1 高铬白口铸铁 的化学成份 (质量分数, % ) Table 1 Ch em ical composition of the h igh chrom ium
图 4 两种铸铁相 对磨损率和保温时间的关系 F ig 4 R e lationship between relative w ear rate and ho ld ing
tim e of the tw o different cast irons ( a) 16C r 2 5M n cast iron ( b ) 16C r 1M o 1Cu cast iron
16C r 1M o 1Cu 2 77 0 70 1 90 16 38 0 063 0 050 1 08 0 90
将 16C r 2 5M n铸铁试样放在箱式电阻炉中加热 到 773K 保 温, 每隔 2h 取 一个 试样 出炉 空冷; 16C r 1M o 1Cu铸铁试样加热到 853K 保温, 每隔 2h取一个 试样出炉空冷。在洛氏硬度计上测定高铬铸铁在亚临
图 2为两种铸铁残留奥氏体含量和保温时间之间 的关系。从图 2中可以看出亚临界热处理可以降低铸 铁组织中残留奥氏体含量, 保温时间越长, 残留奥氏体
图 1 16Cr 2 5M n铸铁和 16C r 1M o 1Cu铸铁铸态和亚临界处理态组织形貌
( a) 16C r 2 5M n铸铁铸态 ( b) 16Cr 1M o 1Cu铸铁铸态 ( c) 16C r 2 5M n 铸铁 520 亚临界处理 8h
1M o 1Cu铸铁的磨损形貌与其类似。由图 3 可见, 其 损过程中, 因磨损而逐渐变钝的磨粒将材料推挤至犁
《金属热处理》2005年第 30卷第 7期
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图 2 铸铁中残留奥氏体含量和保温时间之间的关系 F ig 2 R e lationsh ip between re ta ined austen ite content in the
( d) 16C r 1M o 1Cu铸铁 520 亚临界处理 10h
F ig 1 M icrog raphs o f 16Cr 2 5M n cast iron and 16Cr 1M o 1Cu cast iron in as cast and sub cr itica l heat trea ted conditions
49N, 下试样转速为 200r /m in, 每次试 验 3m in 后换新
的下试样, 共试验 3次; 用 TG328A 型光电天平称磨损
后的试样质量 ( 精确到 0 1m g) , 以 3次磨损质量损失
的平均值来评价其耐磨性。用相对磨损率 评价铸铁
的耐磨性, 其中
=
铸态试样的磨损质量损失 亚临界处理后试样的磨损质量损失
( 1 M eta lM aterials D epartm en,t S ichuan Un iversity, Chengdu S ichuan 610065, China;
2 Sijiu R are Earth A lloy F oundry, Chengdu Sichuan 610211, Ch ina) Abstract: T he re lationsh ip betw een w ear resistance and m icrostructure o f h igh chrom ium w h ite cast iron w as studied. T he
TEM 形貌照片。从图 5a中可以看出, 在基体中有大 量纳米尺寸颗粒状二次碳化物析出, 碳化物呈弥散分 布。通过选区 电子衍 射分析, 确 定该碳 化物 为 ( Cr,
作者简介: 孙志平 ( 1977 ), 男, 山东淄博人, 博士生, 主要从事 耐磨合金及 其热 处 理工 艺研 究。联 系 电话: 13964061992 E m a i:l B enz_sun@ 163 com 收稿日期: 2005 03 01
界处理前后的硬度, 每个试样测 5次, 取其平均值作为 试样的硬度。采用 X P ert Ph ilip型 X 射线衍射仪和 磁性法相结合分析高铬铸铁基体组织中的奥氏体和马 氏体的相对含量以及残留奥氏体含量; 用金相法测定
3 试验结果
3 1 亚临界热处理前后的显微组织 图 1为高铬铸铁的铸态显微组织。由图 1a、b可
见, 高铬铸铁的铸态显微组 织由先共晶相 ( 由奥氏体 和马氏体形成的枝晶 ) 和共晶组织组成。 X 衍射结果 表明, 铸态组织由奥氏体、马氏体和 M 7C3 型碳化物组 成。利用衍射结果通过计算得到 16C r 2 5M n铸铁和 16C r 1M o 1Cu 铸 铁 铸 态组 织 中奥 氏 体 含量 分 别 为 56 2% 和 64 0% 。利用定量金 相法得到二者 铸态组 织中共 晶碳化 物含 量分 别为 20 4% 和 15 8% 。图 1c、d是铸铁 亚临界热 处理后的 显微组织 照片, 从图 1c、d中不难看出, 共晶碳化物的形态、分布没有明显 的变化, 大部分的残留奥氏体已经转变为马氏体, 只剩 少量的残留奥氏体。
2 试验材料和方法
铁 [ 1] , 在矿山、冶金、建材和化工等行业仍得到广泛的
以废钢、生铁、碳素铬 铁和锰铁为原 料, 在 250kg
应用。 其 显 微 组 织 中 存 在 着 高 硬 度 ( 1200HV ~ 中频感应电炉中冶炼高铬白口铸铁, 铁水熔清后用铝
1800HV ) 的 ( C r, F e) 7C3 型共晶碳化物, 且彼此孤立分 布而不连成网状, 因而具有较高的韧性。采用高温淬 火 ( 即去稳处理 ) 后回火和通过亚临界处理两种方法 可以显著改善高铬白口铸铁的组织和使用性能, 从而 获得最佳的综合性能。研究表明, 含有大量残留奥氏 体的铸态高铬白口铸铁通过亚临界处理可以使其中的 残留奥氏体发生马氏体转变而使其硬化 [ 2~ 10] 。与高