改善高铬铸铁加工性能的热处理工艺

文章编号:C N23-1249(2004)04-0051-03

　收稿日期:2004-03-10

　作者简介:龚正春(1962-),男,江苏启东人,高级工程师,从事核电材料,铸造材料锅炉及压力容器材料的科研工作。

改善高铬铸铁加工性能的热处理工艺

龚正春

(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150046)

摘　要:高铬铸铁在磨损工况下有优良的耐磨性,主要是由于其基体为马氏体组织,碳化物类型为6方晶系的

(Fe.Cr )7C 3,碳化物呈6角棒状、针状、条状分布,显著地改善了材质的力学性能。通过磨损试验证明高铬铸铁

耐磨性好,成本低。与稀土高铬镍氮相比,成本降低60%,与钨铬合金相比,成本降低70%。关键词:高铬铸铁;K mT Cr25;热处理中图分类号:TG 143.9 文献标识码:A

H eat T reatment T echnique of Improving H igh Cr C ast

Iron Process Property

G ONG Zhengchun

(Harbin Boiler C o.,Ltd.,Harbin 150046,China )

Abstract :The reas on why high Cr cast iron have excellent wear resistant properties under the wear w ork 2ing condition is that its matrix is martensite microstructure and carbide type is (Fe ,Cr )7C 3,the shape of which is six horny bar 、acicular and strip ,therefore the mechanical properties of material is im proved obvi 2ous.The wear resistant property of high Cr cast iron is proved to be g ood and cost is low through wear test.C om pared to rare earth high Cr -Ni -N ,cost falls 60%;C om pared to W -Cr alloy ,cost falls 70%.

K eyw ords :high Cr cast iron ;K mTCr25;heat treatment

0　引　言

国外抗磨合金的发展大致可分为3代:第一代是普通白口铁和锰钢,第二代是镍—铬低合金马氏体白口铁,第三代则是高铬铸铁。

根据某由厂要求,我们决定选取含(Fe.Cr )7C 3的马氏体基体的高铬白口铸铁,通过本文的一系列热处理试验,解决了K mTCr25白口铸铁的加工问题,而加工问题目前在我国耐磨材料中还没有得到很好的解决。

1　试验材料及方法

使用400kg 可控硅中频电炉,用镁砂捣制炉衬,加石灰石进行保护、炉料采用铸造生铁(Z14)、废钢(A 3)、微碳铬铁(FeCr6、FeCr10)和高铬铸铁的回炉铁。渗碳剂采用碳精棒和电石,脱碳剂采用电石,脱硫剂采用苏打,去气剂采用冰晶石粉,集渣剂采用珍珠岩粉。出炉温度1550℃,浇注温度1450℃,线收缩为1.8%～1.9%,浇注系统采用压边浇口、底注法。试验用料化学成分如表1,其中P ≤0.050%。

第4期2004年11月 锅　炉　制　造BOI LER M ANUFACT URI NG

N o.4

N ov.2004

表1　检验结果

炉号C S i Mn S Cr Cr/C HRC Ak/J组织碳化物类型

3 3.10.850.440.01125.548.2460～6228～42M+碳化物针状碳化物、共晶碳化物

4 3.370.880.480.02625.437.5460～6232～46M+碳化物六角棒状碳化物、针状碳化物、共晶碳化物

15 3.120.890.520.02326.898.659～6126～34M+碳化物梅花状碳化物、点状碳化物、棒状碳化物、共晶细碎碳化物、

9 3.430.880.460.02325.927.659～6230～32M+碳化物六角棒状碳化物、共晶碳化物

16 3.190.850.380.02425.488.058～6126～40M+碳化物六角碳化物、花状碳化物、针状碳化物、共晶碳化物

18 3.20.870.330.01327.028.4458～6030～36M+碳化物六角碳化物、针状碳化物、小块碳化物、共晶碳化物

26 3.210.900.390.01924.747.7160～6124～32M+碳化物针状碳化物、共晶细碎碳化物COE10 2.8～3.60.3～0.9≤1.0≤0.05024～27≥50≥24

注:冲击试样尺寸为20mm×20mm×110mm,用砂型铸造,不开缺口,不进行机械加工,跨距70mm。

7炉试验用料K mTCr25的化学成分符合我厂采购规程C OE10的要求,见表1。

热处理在SX-10-12型箱式电炉中进行,用JB30B型冲击试验机进行冲击试验,用K RU-150AT型光学洛氏硬度计进行硬度测定,用Neophot-Ⅱ型金相显微镜进行组织观察,在Q-Camscan型扫描电镜中观察断口的断裂特征。TE M试样在C M12/STE M型透射电镜下进行观察,采用电解萃取的方法用D-M AX-RB型自动X射线衍射仪对碳化物进行确定。

2　试验结果及分析

2.1　化学成分分析

高铬白口铸铁含碳量愈多,碳化物愈多,硬度愈高,抗磨性愈好,但铸铁的韧性下降。含碳量从2.8%增加到3.5%时,碳化物含量可从20%增加到40%。由于这种碳化物具有连续网状组织,且具有高硬度,所以抗磨性增加。但含碳量大于3.7%时,由于含碳量过剩,使其硬脆,且易出现裂纹。因此将碳控制在2.8%～3.6%。

对于共晶铸铁,大于8%铬,开始出现(Fe. Cr)7C3碳化物,含铬量大于12%,则(Fe.Cr)3C完全被(Fe.Cr)7C3所取代。一般选取含铬量≥22 %,含铬量超过30%,会使基体铁素体化,不利于抗磨。耐磨衬板含铬量宜控制在24%～27%。

锰能提高铸件的淬透性,且价廉易得,因而能代替钼提高铸件的淬透性。耐磨衬板含锰量宜控制在≤1.0%。

硅一般是从原料中带入的,要将含硅量控制在较低的范围是很困难的。硅是促进石墨化元素,固溶于基体中提高铸铁的脆性。通常将硅控制在0.3%～0.9%。

磷和硫作为有害元素,要求控制其含量≤0.050%。

2.2　力学性能

试验中选配了7种不同成分的K mTCr25白口铸铁,其铸态组织、硬度、冲击功、铸态碳化物的类型和分布状态的试验数据见表1。从表1可看出,力学性能检验全部合格,满足了工厂采购规程C OE10的要求。此种高铬铸铁硬度高、HRC=58～62。

2.3　金相组织

高铬白口铸铁的抗磨性与金相组织有关,而组织是由基体和碳化物组成。

2.3.1　基体的选择

在低应力的磨料磨损情况下,马氏体优于奥氏体基体,因马氏体基体本身耐磨性就比奥氏体高许多,而低应力的磨料磨损又不会使马氏体基体产生裂纹而剥落。因此选定马氏体为耐磨衬板的基体。

2.3.2　碳化物类型选择

根据耐磨衬板的工作条件,马氏体基体比奥氏体基体好,碳化物硬度越高越好,而K mTCr25的组织正好满足了此要求,此种M基体+(Fe. Cr)7C3在这种工况下最耐磨。

铸态时碳化物有六角形的初生碳化物,灰白相间的共晶组织和黑色区域。经金属X射线结构分析,证明初生的白色相和共晶相中的白色相

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・ 锅　炉　制　造总第194期