耐磨钢铸件的热处理

1．耐磨高锰钢铸件的固溶热处理——水韧处理耐磨高锰钢的铸态组织中有大量析出的碳化物，因而其韧度较低，使用中易断裂。

高锰钢铸件固溶热处理的主要目的，是消除铸态组织中晶内和晶界上的碳化物，得到单相奥氏体组织，提高高锰钢的强度和韧度，扩大其应用范围。

图11—24是Fe—Mn—C三元系含w(Mn)13％的截面相图，要消除其铸态组织的碳化物，须将钢加热至1040。C以上，并保温适当时间，使其碳化物完全固溶于单相奥氏体中，随后快速冷却得到奥氏体固溶体组织。这种固溶热处理又称为水韧处理。

(1)水韧处理的温度：水韧温度取决于高锰钢成分，通常为1050～1100。C。含碳量高或者合金含量高的高锰钢应取水韧温度的上限，如ZGMnl3钢和GXl20Mnl7钢。但过高的水韧温度会导致铸件表面严重脱碳，并促使高锰钢的晶粒迅速长大，影响高锰钢的使用性能。图ll-25为高锰钢在1100。C保温2h 后铸件表面碳和锰元素的变化。

-(2)加热速率：高锰钢比一般碳钢的导热性差，高锰钢铸件在加热时应力较大而易开裂，因此其加热速率应根据铸件的壁厚和形状而定。一般薄壁简单铸件可采用较快速率加热；厚壁铸件则宜缓慢加热。为减少铸件在加热过程中变形或开裂，生产上常采用预先在650。C左右保温，使厚壁铸件内外温差减小，炉内温度均匀，之后再快速升到水韧温度的处理工艺。图ll—26为典型高锰钢件的热处理工艺规范。

(3)保温时间：保温时间主要取决于铸件壁厚，以确保铸态组织中的碳化物完全溶解和奥氏体的均匀化。通常保温时间可按铸件壁厚25mm保温lh计算。图ll—27为保温时间对高锰钢表面脱碳层深度的影响。

(4)冷却：冷却过程对铸件的性能指标及组织状态有很大的影响。图11—28为不同冷却条件下高锰钢的组织。

水韧处理时铸件入水前的温度在950。C必上，以免碳化物重新析出。为此，铸件从出炉到A水时间不应超过30s；水温保持在30。C以下．淬火后最高水温不超过60。C。水温对高锰钢力学性能的影响见表11—17，水温较高时高锰钢的力学性能显著下降。水韧处理时水量须达到铸件和吊栏重量的8倍以上，若用非循环水需定期增加水量．暑好使用水质干净的循环水或采用压缩空气搅动池水。用吊篮吊淬时，可采用摆动吊篮的方式加速铸件的冷却。

高锰钢水韧处理多用台车式．热处理炉。铸件人水常用自动倾翻或吊篮吊淬方式。前者对大件及形状复杂的薄壁件易引起变形，淬火后铸件从水池中取出也较为困难；后者淬火后取出铸件方便，但吊篮消耗大。

2＆#8226;耐磨高锰钢铸件的铸态余热热处理为缩短热处理周期，可利用铸态余热进行高锰钢水韧处理。其工艺为：铸件于ll00～1180。C时自铸型中取出，经除芯清砂后，铸件温度允许冷却到900～1000。C，然后装入加热到l050。1080。C的炉内保温3～5h后水冷。该处理工艺简化了热处理工艺，减少了铸件在型内的冷N啪3,但ue产操作上有一定难度。表11—18为不同热处理工艺的高锰钢试样的力学性能。

3．耐磨高锰钢铸件的沉淀强化热处理耐瞎高锰钢沉淀强化热处理的目的，是在加入适量碳化物形成元素(如钼、钨、钒、钛、铌和铬)的基础上，通过热处理方法在高锰钢中得到一定数量和大小的弥散分布的碳化物第二相质点，强化奥氏体基体，提高高锰钢的抗磨性能。但这种热处理工艺较复杂，并使生产成本增加。

耐磨高锰钢沉淀强化热处理工艺见图li-29所示。

4．水韧处理后高锰钢的金相组织

高锰钢经水韧处理后，如碳化物完全消除，则为单一奥氏体组织(见图lI-30)。这样的组织，只有在薄壁铸件上才可能得到。通常允许奥氏体晶粒内或晶界上有少量碳化物。高锰钢组织中的碳化物，按其产生的原因分为三种：其一为未溶碳化物，是水韧处理未能溶解的铸态组织中碳化物；其二是析出碳化物，是因为水韧处理时冷却速度不够高，在冷却过程中析出的；第三种是过热碳化物，是因水韧处理时加热温度过高而析出的共晶碳化物。前两种碳化物，可通过再次热处理予以消除，过热产生的共晶碳化物则不能借再次热处理消除。由于共晶碳化物超标而判定不合格的铸件，只能报废，不允许再次热处理。

关于碳化物的评定，我国已制订国家标准(铸造高锰钢金相)，其简要内容见表il-19。

关于耐磨中锰钢铸件的热处理，可参考上述高锰钢的处理。

5．耐磨中铬钢铸件的热处理耐磨中铬钢铸件热处理的目的，是得到高强韧性和高硬度的马氏体基体组织，以提高钢的强度、韧度及耐磨性。

耐磨中铬钢因含有较多的铬元素而具有较高的淬透性，通常经950～1000。C奥氏体化，后在空气中淬火。

及时回火是必要的。为了保证获得较高的硬度并避免回火脆性，通常经200～300。C的回火。

6．耐磨低合金钢铸件的热处理耐磨低合金钢铸件依合金成分及含碳量不同而采用水淬、油淬及空淬热处理，某些工况下使用的珠光体耐磨钢则采用正火+回火的热处理方式。相应的牌号参见本手册第7章7．3节。

耐磨低合金钢铸件通常采用850～950。C淬火，200～300。C回火，以获得高强韧性、高硬度的马氏体基体，提高钢的耐磨性。