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加熱溫度對低合金耐磨鑄鐵中碳化物形態和沖擊疲勞性能的影響

來源:熱加工工藝  作者: 李大軍 李博 關蕾

  低合金耐磨鑄鐵具有較高的硬度和耐磨性,已被廣泛用于機械、礦山、冶金及水泥等領域。 然而,該材料的韌性較差,在使用時因產生疲勞裂紋而報廢, 其主要原因是該材料中的共晶碳化物以連續的網狀分布[1]。 可見改善共晶碳化物的形態是提高該耐磨鑄鐵韌性的關鍵問題。 因此, 通過高溫熱處理來改善低合金耐磨鑄鐵中共晶碳化物的形態與分布, 達到提高其韌性的目的是完全可能的。 為此, 本文研究了加熱溫度對低合金耐磨鑄鐵中共晶碳化物形態和沖擊疲勞性能的影響。

  1 實驗材料與方法

  實驗材料為低合金耐磨鑄鐵,其化學成分(質量分數,%)為:2.04C,0.64Si,0.81Mn,1.38Cr,0.034P,0.036S。 以生鐵、廢鋼和鉻鐵合金為原料,在250 kg中頻感應電爐中熔煉,澆注溫度約 1380℃,采用包底沖入法加入變質劑, 變質劑為 1#稀土硅鐵,加入量為 0.50%, 在干沙型中鑄出 準30mm×50mm 坯料。 然后將坯料在 KJX-8-13 型箱式電阻爐內進行熱處理,加熱溫度分別為 840、900、960 和 1020℃,保溫時間為 3h,冷卻方式為空冷。 將熱處理后的坯料加工成 準15mm×20mm 的沖擊疲勞試樣,再將試樣的試驗面進行砂紙打磨后拋光,固定在測試位置上, 利用單點沖擊疲勞試驗機測其沖擊疲勞抗力,其沖擊頻率為 90 次/min,沖擊能量為 9.6J/ 次,沖頭為 準10mm 的軸承鋼球, 硬度為 63HRC,試驗時以試樣表面出現裂紋(約 0.2mm)時的沖擊次數(N)定為沖擊疲勞抗力,數據是取 3 塊試樣的平均值。并用 Neophot21 光學顯微鏡和 KYKY-1000B掃描電鏡觀察試驗的碳化物形態、 裂紋的萌生與擴展,并測出上述各試樣的裂紋數目和總裂紋長度,總裂紋長度為各裂紋長度之和。

  2 實驗結果及分析

  2.1 碳化物形貌

  圖 1 為不同加熱溫度下低合金耐磨鑄鐵中共晶碳化物的形態與分布。可看出,鑄態鑄鐵中共晶碳化物基本呈網狀分布, 熱處理后網狀碳化物熔斷,轉化成獨立的塊狀,加熱溫度越高,網狀碳化物轉化成塊狀越多,當加熱溫度為 960℃時,碳化物的網狀特征基本消失。 這是由于共晶碳化物在高溫時溶斷并向塊狀轉化是熱力學發展的必然趨勢,是以碳化物的溶解、碳原子的擴散與析出的方式進行的。 加熱溫度越高,碳原子的活性越大,碳原子在奧氏體中的擴散速度也越大, 故共晶碳化物網的熔斷越充分,轉化的塊狀碳化物數量越多。

  2.2 沖擊疲勞性能

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標簽:責任編輯:admin  時間:2019-05-17  點擊:

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