淬火工艺对KmTBCr26高铬铸铁力学性能的影响

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试验材料与方法
所研 究 铁 液 的 化 学 成 分 控 制 标 准 为 （质量分
数， %） ： 2. 8 ~ 3. 2C， 24 ~ 26Cr， 0. 8 ~ l. 2Mn， 0. 5 ~ 0. 8Si， 0. 8 ~ l. 2ni， 0. 8 ~ l. 2MO， S # 0. 05 、 P # 0. 07 。 铁液用 500kg 中频感应电炉熔炼， 坩埚用电熔镁砂打 结。当低碳废钢、 钼铁、 电解镍等全部融化后， 加入高 碳铬铁， 熔化后升温至 l450C 扒渣， 并加入中碳锰铁 同时另造新渣。当铁液温度升至 l480C 时， 插铝脱 氧， 扒渣后出炉。钢包内放置稀土硅铁对铁液进行变 质处理。出炉后静置 3min， 在 l380C 左右浇注。铁液 温度采用插入式快速热电偶控制。试块分别采用砂型 和金属型浇注， 其尺寸为 l20mm > 60mm > 60mm。实 际化学成分 （ 质量分数， %） 为： 3. l3C ， 0. 6Si， l. lMn， 25. 7Cr， 0. 98MO， l. 06ni， 0. 03S， 0. 06P。 为了消除取样部位的影响， 每个试块都在从中心 到表面的 3 个不同位置上各加工 l 个 l4mm > l4mm > 60mm 的试样， 不同试块的相应取样位置相同。由同 一试块上取得的 3 个试样为一组进行不同工艺的淬火 处理， 以保证不同淬火工艺所处理的试样原始状态基 本相同。为了防止试样脱碳及氧化， 热处理前将所有 试样的表面都涂覆防氧化涂料并经充分干燥。 将从砂型浇注的试块上取得的试样， 采用高温箱 式电炉以 l20C / h 的加热速度进行加热。固定保温时 间为 lh， 在 780 ~ ll00C 的范围内， 每隔 40C 作为淬 火奥氏体化温度处理两组试样， 其中一组出炉后空冷， 另一组埋在粒度为 300 ~ l50 !m 的干石英砂中缓慢冷 却， 以便确定奥氏体化温度及冷却速度对硬度及冲击 韧度的影响。另外， 在固定奥氏体化温度为 980C 及 出炉空冷的条件下， 分别变动保温时间为 2h、 3h、 4h 各 处理了一组试样， 以考察奥氏体化保温时间对硬度的 影响。 经过淬火处理的试样统一在 220C 回火 2h， 然后
作者简介： 袁子洲 （ 1964 —） ， 男， 江苏人， 副教授， 博士生， 主要 从事耐磨材料的成形及性能研究， 发表论文 30 余篇。联系电 话： 0931-2806145 E-maiI： 0931yuanzizhou@ vip. sina. com 收稿日期： 2003-07-01
高铬白口铸铁是一种优良的抗磨白口铸铁， 在采 矿、 发电、 建材等工业中得到广泛应用。高铬铸铁凝固 时析出高显微硬度 （ 1500 ~ 1800HV ） 的呈孤立块状分 布的 M7 c3 型碳化物， 使基体呈连续状态， 因而具有较
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磨加工成 l0mm > l0mm > 55mm 的无缺口冲击试样。 试样先做冲击， 然后测硬度， 每个试样测 5 点。每种热 处理状态的冲击值取 3 个试样的平均值， 硬度值取 l5 个数据的平均值。 用 HRS-l50 型数显洛氏硬度计测定硬度， 冲击试 验用 CIEM-30-CPC 冲击试验机， 在带有微机成像系统 的 MEF-3 型光学显微镜上观 察 金 相 组 织， 腐蚀剂为 4% 的硝酸酒精。
Effect of Ouenching Process on Mechanical Properties of KmTBcr26 High chromium cast Iron
YUAN Zi-zhou， YU Jin-feng， KUANG Yi （ State Key Lab of Gansu New Non-ferrous MetaI MateriaIs， Lanzhou University of Science and TechnoIogy ， Lanzhou Gansu 730050 ， china） Abstract： The Effects of guenching process（ incIuding austenitizing temperature， austenization hoIding time and cooIing rate）on mechanicaI properties of KmTBcr26 high chromium cast iron was investigated by measuring hardness and impact toughness. The resuIts show that the guenching process has a remarkabIe infIuence on the hardness of the sampIes reguIarIy. The optimaI austenitizing temperature range which produce the highest hardness is 980 ~ 1020C and the optimaI austenization hoIding time is reIated to the originaI microstructure of sampIes. The data of impact toughness of the sampIes treated by various guenching process is ruIeIess. Key words： high chromium cast iron； guenching process； hardness； impact toughness； mechanicaI properties
图l
奥氏体化温度对 KmTBCr26 高铬铸铁硬度 （ a） 和 冲击韧度 （ b） 的影响 Fig. l Effect Of the austenitizing temperature On KmTBCr26 high chrOmium cast irOn the hardness（ a） and impact tOughness（ b）Of
， 由于高铬铸铁的相变比较复杂，
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பைடு நூலகம்
不同成分的高铬铸铁， 其转变特点也不尽相同， 对此许 多学者进行了大量研究 。 KmTBCr26 高铬铸铁是 国标 GB / T 8263 —l999 中的一种牌号， 但国标中的材 料成分范围比较宽泛， 本文针对某企业所采用的具体 成分， 研究了淬火工艺其对组织和性能的影响， 为正确 制定淬火工艺提供依据。
再结晶和随后进一步长大， 得到细小的奥氏体晶粒， 从 而在冷却时获得细小的铁素体、 珠光体和珠光体片间 b； 同时钒的碳氮化合物在控 距， 提高强韧性， 见图 1a、 轧控冷过程中， 呈细小第二相弥散析出于铁素体基体 内， 产生沉淀强化效应， 见图 1c。此外， 由于钢中加入 比较高的硫， 形成大量的 MnS 夹杂， 见图 2 ， MnS 一方 面可以阻止奥氏体晶界移动， 细化奥氏体晶粒； 另一方 面还可以使钒的化合物附于其上成为晶内铁素体形成 核心， 分割奥氏体晶粒， 促进形成晶内铁素体， 细化铁 素体晶粒， 有效提高非调质钢韧性。
淬火工艺对 KmTBcr26 高铬铸铁力学性能的影响
袁子洲， 于金锋， 匡 毅 （ 兰州理工大学 甘肃省有色金属材料省部共建国家重点实验室， 甘肃 兰州 730050 ） 摘要： 研究了淬火工艺 （ 包括奥氏体化温度、 保温时间及冷却速度） 对 KmTBcr26 高铬铸铁的硬度和冲击韧度的 影响。结果表明， 淬火工艺对试样硬度有显著的并有规律性的影响， 得到最高硬度的最佳奥氏体化温度为 980 ~ 1020C ， 最佳保温时间与试样的原始组织有关， 不同淬火工艺的试样冲击韧度数据无明确的规律性。 关键词： 高铬铸铁； 淬火工艺； 硬度； 冲击韧度； 力学性能 中图分类号： TGl44 文献标识码： A 文章编号： 0254-605l （ 2004 ） 05-0026-04
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结论
采用转炉-LF-连铸法生产 YF40MnV 非调质钢工
艺可行， 钢质纯净， 各项性能达到同类电炉钢和调质钢 （ 45 、 40cr ） 的 水 平， 同 时 各 项 性 能 指 标 达 到 GB / T 15712 —1995 《 非调质机械结构钢》 标准及其它技术要 求。
参考文献： ［ 1 ］ 陈蕴博， 马 炜， 金 康. 强韧微合金化非调质钢的研究
《 金属热处理》 2004 年第 29 卷第 5 期
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希望具有高的硬度。对于不同的冷却速度， 硬度-奥氏 体化温度曲线都出现了峰值， 峰值时的奥氏体化温度 就是每种冷却速度对应的最佳奥氏体化温度。试验表 明， 最佳奥氏体化温度与冷却速度有关， 慢冷时比快冷 时的最佳淬火温度要高。因此， 实际生产中选择淬火 温度时， 应根据工件的大小及冷却条件选择适宜的奥 氏体化温度。由图 lb 看出， 冲击韧度与奥氏体化温度 的关系没有规律性， 其值在 6. 24 ~ 7. 95J / cm2 之间上 下波动。试验中还发现， 即使是同一奥氏体化温度下 的不同部位的试样， 它们的冲击韧度值也较分散。当 奥氏体化温度低于 980C 时， 空冷后的冲击韧度一般 大于砂冷后的； 高于 980C 时， 空冷后的冲击韧度一般 小于砂冷后的。 在 980 ~ l020C 之间淬火时， 空冷方式和砂冷方 式的硬度变化量分别为 0. 47HRC 和 0. l2HRC ， 变化 量都很小， 而两种冷却方式的冲击韧度都处于各自曲 线的波峰位置， 因此国标 GB / T 8263 —l999 中推荐的 淬火温度 （ 960 ~ l020C ） 是非常合适的。 2. 2 奥氏体化保温时间对硬度的影响 在 980C 保温不同时间， 然后空冷并经 220C 回火 2h 后得到的试样硬度值见表 l 。从表 l 看出， 淬火硬 度随奥氏体化保温时间而变化， 其变化规律与淬火硬 度随奥氏体化温度的变化规律相同， 也存在一个能得 到最高硬度的最佳保温时间， 但硬度变化小于 lHRC ，
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试验结果与分析
从湿砂型浇注的试块上取样， 按不同的工艺进行
!" #$ 奥氏体化温度及冷却速度对性能的影响 淬火。不同奥氏体化温度处理试样的硬度值及冲击韧 度分别见图 la 和 lb。铸态试样的硬度为 52. 8HRC 。 由图 la 可以看出， 空冷和砂冷试样的硬度值随奥氏体 化温度的变化而变化的规律是一致的， 硬度一开始都 是随着奥氏体化温度的提高而增加， 分别在 980C 和 l020C 时， 达到峰值硬度， 随后又都随奥氏体化温度的 提高而急剧下降， 在 ll00C 奥氏体化时， 其淬火硬度 都小于铸态时的硬度。在 l020C 奥氏体化时， 空冷和 砂冷后试样的硬度分别为 60. 05HRC 和60. 09HRC ， 可 以认为是相同的； 当高于 l020C 奥氏体化时， 空冷后 的硬度小于砂冷后的硬度， 并且随奥氏体化温度的提 高两者的相差程度加大； 当低于 l020C 奥氏体化时， 空冷后的硬度大于砂冷后的硬度， 并且随奥氏体化温 度的降低两者的相差程度加大。 对于抗磨材料， 一般
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好的韧性。高硬度的碳化物能否充分发挥抗磨作用与 基体能否提供坚硬的支撑有关。在金属基体中， 马氏 体是最坚硬的， 但其硬度又随含碳量的不同而有很大 的差异， 所以高铬铸铁的耐磨性会因其显微组织的差 异而有很大的区别。热处理是使高铬铸铁基体成为马 氏体的必要手段