等温淬火工艺对ADI中残余奥氏体的影响_边泊乾

Ａ５
９００
１．０
３８０
１．５
Ｂ１
９００
１．０
３４０
０．５
Ｂ２
９００
１．０
３４０
１．０
Ｂ３
９００
１．０
３４０
１．５
Ｂ４
９００
１．０
３４０
２．０
１．４ 残余奥氏体量及其含碳量的ห้องสมุดไป่ตู้算方法 采用Ｘ射线分析软件 （ ＭＤＩ Ｊａｄｅ ５．０） 进行寻峰处
理， 查出衍射峰的衍射角和强度积分。分别选取γ相 的｛２２０｝或｛１１１｝和α相的｛２１１｝或｛１１０｝衍射线， 采用直 接 对 比 法 计 算 ＡＤＩ中 残 余 奥 氏 体 的 量 ［４］， 对 于 面 心 结 构， 含碳量每增加０．１％， 点阵参数ａ增加０．０４４埃［４］， 因 此根据残余奥氏体点阵参数的变化可以计算出其含碳 量。图２为ＡＤＩ试样的典型Ｘ射线衍射图谱。
强 度 积 分 。 由 于 析 出 的 碳 化 物 太 少 ， 这 里 不 考 虑ＶＣ，
设定ＶＣ＝ ０。
在 计 算 公 式Ｋ＝ Ｃγ／Ｃα中α相 和 γ相 的 比 例 常 数 Ｃα、
Ｃγ时， 采用公式 （ ２） ［４］：
Ｃ（γ 或Ｃα） ＝［Ｐ·Ｆ ２·Ｖ－２·! （ θ）·ｅ－２Ｍ］
（ ２）
式中： Ｐ为多重性因数； Ｆ２为点阵的结构因数； Ｖ为单个
火处理采用井式盐浴淬火炉， 精度控制在±４ ℃。试样
从箱式电阻炉转移到盐浴炉的时间控制在６ ｓ以内。
１．３ Ｘ射线检测
采 用 日 本 理 学 的 ＤＭＡＸ２５００ＰＣ （ ＲＩＧＡＫＵ） Ｘ 射
线 衍射仪对不同工艺的ＡＤＩ试样进行Ｘ射线 衍 射 分 析 ，
设备参数为Ｃｕ靶， 管电压４０ ｋＶ， 管电流１５０ ｍＡ， Ｘ射
１ 试验材料及方法
１．１ 试样的化学成分及原始组织 试样的化学成分如表１所示。原始组织为牛眼状铁
素体和珠光体的混合组织， 其典型形貌如图１所示。
表１ 试样的化学成分
Ｔａｂｌｅ １ Ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ′ｓ ｉｎｇｒ ｅｄｉｅｎｔ
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｍｏ
Ｃｕ
Ｓ
３．５０ ２．５０ ０．１５ ０．３０ ０．５０ ０．０１８
Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ： Ｉｎｆｌｕｅ ｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅ ｒｅ ｎｔ ｉｓ ｏｔｈｅ ｒｍａ ｌ ｑｕｅ ｎｃｈｉｎｇ ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ＡＤＩ＇ｓ ｒｅ ｔａ ｉｎｅ ｄ ａ ｕｓ ｔｅ ｎｉｔｅ ｗａ ｓ ｉｎｖｅ ｓ ｔｉｇａ ｔｅ ｄ ｂｙ Ｘ－ｒａ ｙ ｄｉｆｆｒａ ｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｅ ｘｐｅ ｒｉｍｅ ｎｔａ ｌ ｒｅ ｓ ｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａ ｔｅ ｔｈａ ｔ ｄｕｒｉｎｇ ３０－１２０ ｍｉｎ， ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅ ａ ｓ ｉｎｇ ｔｈｅ ｉｓ ｏｔｈｅ ｒｍａ ｌ ｑｕｅ ｎｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅ ｎｔ ａ ｎｄ ｃａ ｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅ ｎｔ ｏｆ ｒｅ ｔａ ｉｎｅ ｄ ａ ｕｓ ｔｅ ｎｉｔｅ ｉｎｃｒｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｔｏ ａ ｍａ ｘ ｖａ ｌｕｅ ａ ｔ ６０ ｍｉｎ， ｔｈｅ ｎ ｄｅ ｃｒｅ ａ ｓ ｅ ｄ． Ｄｕｒｉｎｇ ２７０－３８０ ℃ ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅ ｎｔ ａ ｎｄ ｃａ ｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅ ｎｔ ｏｆ ｉｔ ａ ｒｅ ｌｏｗ ａ ｔ ｌｏｗｅ ｒ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ， ａ ｎｄ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅ ａ ｓ ｉｎｇ ｔｈｅ ｉｓ ｏｔｈｅ ｒｍａ ｌ ｑｕｅ ｎｃｈｉｎｇ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅ ｎｔ ａ ｎｄ ｃａ ｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅ ｎｔ ｏｆ ｒｅ ｔａ ｉｎｅ ｄ ａ ｕｓ ｔｅ ｎｉｔｅ ｉｎｃｒｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｔｏ ａ ｍａ ｘ ｖａ ｌｕｅ ａ ｔ ３６０ ℃， ａ ｎｄ ｔｈｅ ｎ ｄｅ ｃｒｅ ａ ｓ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： ＡＤＩ； ｉｓ ｏｔｈｅ ｒｍａ ｌ ｑｕｅ ｎｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ ； ｉｓ ｏｔｈｅ ｒｍａ ｌ ｑｕｅ ｎｃｈｉｎｇ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ； ｒｅ ｔａ ｉｎｅ ｄ ａ ｕｓ ｔｅ ｎｉｔｅ
／℃
Ａ４
３６０
４ ９６７
１１ ３７５
４３．０４０
４４．４８０
２．１３９ ２
４４．１５
Ａ５
３８０
３ ５３４
８ ８０５
４３．０８０
４４．６４０
２．０８１ ６
３７．２６
等温淬火时间 （ 等温淬火温度９００ ℃）
／ｍｉｎ
线波长１．５４埃， 铜滤波片。
表２ 热处理方案
Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒ ｅａｔｍｅｎｔ
奥氏体化温度 奥氏体化时间 等温淬火温度 等温淬火时间
序号
／℃
／ｈ
／℃
／ｈ
Ａ１
９００
１．０
２７０
１．５
Ａ２
９００
１．０
３００
１．５
Ａ３
９００
１．０
３３０
１．５
Ａ４
９００
１．０
３６０
１．５
!ｈ２＋ｋ２＋ｌ２
（ ４）
２×１８０
式 中 ： λ为Ｘ射 线 的 波 长 ； θγ为 奥 氏 体 晶 面 的 衍 射 角 ； ｈ、ｋ、ｌ为晶面指数。
２ 试验结果及分析
２．１ 试验结果 试样的Ｘ射线检测结果与残余奥氏的量及其含碳
量的计算结果如表３所示。 ２．２ 等温淬火时间对残余奥氏体的影响
不 同 等 温 淬 火 时 间 下 ＡＤＩ试 样 的 金 相 组 织 如 图 ３ 所 示 。 从 图 ３中 可 以 看 出 ， 等 温 淬 火 ３０ ｍｉｎ 时 （ 图 ３ａ） ， 基体组织为贝氏体型铁素体、残余奥氏体和少量的马 氏体。随着等温淬火时间的延长， 碳原子的扩散距离 增加， 有更多的碳原子从贝氏体型铁素体固溶到周围 的 奥 氏 体 中 。 当 等 温 淬 火 时 间 延 长 到 ６０ ｍｉｎ 时 （ 图 ３ｂ） ， 奥氏体的含碳量已经基本饱和， 具有较高的稳定 性， 最终组织为羽毛状的贝氏体型铁素体和残余奥氏 体。等温淬火时间继续延长， 晶粒变得粗大。当等温 淬火时间达到９０ ｍｉｎ时 （ 图３ｃ） ， 奥氏体发生分解， 生 成铁素体和碳化物。
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ＦＯＵＮＤＲＹ
Ｍａ ｙ ２００７ Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．５
表３ 试样的Ｘ射线检测结果与残余奥氏体量及其含碳量的计算结果
Ｔａｂｌｅ ３ Ｘ－ｒ ａｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒ ｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒ ｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒ ｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ′ｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｃａｒ ｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗＢ （ ％）
用Ｘ射 线 衍 射 方 法 对ＡＤＩ中 残 余 奥 氏 体 进 行 定 量 分 析简便可行， 是一种比较实用的方法。本研究中， 介 绍 了ＡＤＩ中 残 余 奥 氏 体 定 量 分 析 的 计 算 方 法 ， 研 究 了 不 同 等 温 淬 火 工 艺 对ＡＤＩ中 残 余 奥 氏 体 量 及 其 含 碳 量 的影响。
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ＦＯＵＮＤＲＹ
Ｍａ ｙ ２００７ Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．５
等温淬火工艺对ＡＤＩ中残余奥氏体的影响
边泊乾， 刘金海， 徐献义， 李国禄 （ 河北工业大学材料学院， 天津 ３００１３０）
摘要： 采用Ｘ射线检测方法研究了不 同 等 温 淬 火 工 艺 对ＡＤＩ中 残 余 奥 氏 体 的 影 响 。试 验 结 果 表 明 ， 在３０￣１２０ ｍｉｎ等 温
关键词： ＡＤＩ； 等温淬火时间； 等温淬火温度； 残余奥氏体 中图分类号： ＴＧ１４３．５ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００１－ ４９７７ （ ２００７） ０５－ ０４６２－ ０５
Ｅｆｆｅ ｃｔ ｏｆ Ｉｓ ｏｔｈｅ ｒｍａ ｌ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｒｅ ｔａ ｉｎｅ ｄ Ａｕｓ ｔｅ ｎｉｔｅ ｏｆ ＡＤＩ
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１．２ 试样的热处理
为 了 研 究 不 同 等 温 淬 火 温 度 和 时 间 对ＡＤＩ中 残 余
奥氏体的影响， 分别以等温淬火温度和时间为单因素
变量设计了９种热处理方案， 具体工艺如表２所示。奥
氏体化处理采用箱式电阻炉， 精度控制在±２ ℃ （ 为了
防止试样被氧化， 采用“埋碳处理”的方法） 。等温淬
在计算残余奥氏体的含量时， 采用如下公式［４］：
Ｖγ＝ （
（ １－ ＶＣ） １＋Ｋ Ｉα）
（ １）
Ｉγ
式中： Ｖγ为残余奥氏体的 体积 分 数 ； ＶＣ为 碳 化 物 的 体
积分数； Ｋ为参比强度， Ｋ＝ Ｃγ／Ｃα， 其中Ｃα、Ｃγ分别为
α相和γ相的比例常数； Ｉα为α相的强度积分； Ｉγ为γ相的
对 于ＡＤＩ这 种 材 料 ， 残 余 奥 氏 体 是 决 定 其 性 能 的 关 键 因 素 之 一 。随 着 残 余 奥 氏 体 量 的 增 加 ， ＡＤＩ的 抗 拉强度降低， 韧性增加［２－３］。为了进一步了 解等温淬火 工 艺 、组 织 和 性 能 之 间 的 关 系 ， 有 必 要 对ＡＤＩ中 的 残 余奥氏体进行定量分析。
自２０世纪７０年代以来， 等温淬火球墨铸铁 （ 简称 ＡＤＩ） 不 断得到发 展 与 应 用 ， 被 誉 为 近３０年 来 铸 造 冶 金 方 面 最 重 要 的 成 就 之 一 ［１］。ＡＤＩ是 将 一 定 成 分 的 球 墨 铸铁经等温淬火热处理后获得的一种特殊组织的铸铁 材料， 其微观组织为贝氏体型铁素体和残余奥氏体的 混 合 组 织 。由 于ＡＤＩ的 这 种 组 织 特 点 使 得 其 具 有 良 好 的综合性能， 如高强度、高韧性、高耐磨性， 且比钢 密度低、生产成本低等。
ｗＢ （ ％） Ｐ
０．０５４
收稿日期： ２００６－ １０－ １６收到初稿， ２００６－ １２－ ２８收到修订稿。 作者简介： 边泊乾 （ １９８０－） ， 男， 河北任丘人， 硕士， 主要从事等温淬火球墨铸铁 （ ＡＤＩ） 方面的研究， Ｅ－ｍａｉｌ： ｂｉａｎｂｏｑｉａｎ＠１２６．ｃｏｍ
铸造
边泊乾等： 等温淬火工艺对ＡＤＩ中残余奥氏体的影响
试样条件
Ｉγ
Ｉα
θγ
θα
Ｘ（ ％）
Ｖγ
Ａ１
２７０
２７４
１ ３３４
７３．８４０
８２．３６０
１．９０８ ８
２２．４４
等温淬火温度
Ａ２
３００
３２５
１ ３９４
７３．６６０
８２．２６０
２．０６６ ２
２４．８１
（ 等温淬火时间９０ ｍｉｎ）
Ａ３
３３０
９２６
１ ６６０
７３．６２０
８２．２４１
２．１２０ １
３８．９８
晶包的体积； !（ θ） 为角因子， ｅ－Ｍ为拜德瓦洛温度因数。
ＡＤＩ中 残 余 奥 氏 体 的 含 碳 量 随 着 点 阵 参 数 的 增 加 而
增加， 每增加０．１％， 其点阵参数ａ增加０．０４４埃。当残余
奥 氏 体 的 点 阵 参 数ａ为３．６１２埃 时 ， 其 含 碳 量 为 １．６％［５］。
等 温 淬 火 时 间 对ＡＤＩ试 样 中 残 余 奥 氏 体 量 及 其 含 碳量的影响， 如图４所示。从图４中可以看出， 随着等 温淬火时间的增加， 残余奥氏体量及其含碳量逐渐增 大， 当等温淬火时间达 到６０ ｍｉｎ时， 残 余 奥 氏 体 量 高 达４８．６１％， 含 碳 量 高 达２．１６％， 继 续 延 长 等 温 淬 火 时 间， 残余奥氏体量逐渐减小， 含碳量略有降低； 当时 间超过９０ ｍｉｎ后， 含碳量下降较快。
由此可以推导出残余奥氏体含碳量的计算公式 （ ３） 。
Ｘ＝１．６＋ ａ－ ３．６１２
（ ３）
０．０４４
式中： ａ为残余奥氏体的晶格常数； Ｘ为残余奥氏 体的
含碳量。
在 计 算 公 式 （ ３） 中 残 余 奥 氏 体 的 晶 格 常 数 ａ时 ，
采用公式 （ ４） ［４］
ａ＝ ２ｓｉｎ（
λ θγ# ）
淬火时间范围内， 随着等温淬火时间的延长， 残余奥氏体量及其含碳量逐渐增加， ６０ ｍｉｎ时出现峰值， 然后逐渐降低； 在２７０￣３８０ ℃等 温 淬 火 温 度 内 ， 等 温 淬 火 温 度 较 低 时 ， 残 余 奥 氏 体 的 量 及 其 含 碳 量 较 低 ， 随 着 等 温 淬 火 温 度 的 升 高 ， 残余奥氏体量及其含碳量逐渐增大， 当等温淬火温度超过３６０ ℃后， 有下降的趋势。
ＢＩＡＮ Ｂｏ－ｑｉａ ｎ， ＬＩＵ Ｊ ｉｎ－ｈａ ｉ， ＸＵ Ｘｉａ ｎ－ｙｉ， ＬＩ Ｇｕｏ－ｌｕ （ Ｓ ｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａ ｔｅ ｒｉａ ｌｓ Ｓ ｃｉｅ ｎｃｅ ａ ｎｄ Ｅｎｇｉｎｅ ｅ ｒｉｎｇ， Ｈｅ ｂｅ ｉ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ ｏｆ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｔｉａ ｎｊｉｎ ３００１３０， Ｃｈｉｎａ）