釩對含碳化物等溫淬火球墨鑄鐵組織和性能的影響
釩對含碳化物等溫淬火球墨鑄鐵組織和性能的影響
含一定碳化物的等溫淬火球墨鑄鐵(carbidic austempered ductile iron,簡稱CADI)是由等溫淬火球墨鑄鐵(ADI)派生出的一種新型的球鐵材料。它是在ADI中添加一定量的碳化物形成元素,使鐵水在凝固時產生一定量的碳化物,使其不但擁有ADI的各種優越性能,還表現出了比ADI更加優越的耐磨性,是一種應用前景較廣的優良工程材料。 本文通過金相組織觀察、電子顯微鏡掃描能譜及X-射線衍射分析,洛氏硬度、拉伸、沖擊及耐磨性試驗,研究了釩及熱處理工藝對CADI的組織、力學性能及耐磨性能的影響。 鑄態下含釩CADI的組織由珠光體、極少量鐵素體和碳化物組成,組織中碳化物的存在形式為(Cr, Fe)7C3、VC和V4C3,且隨著釩含量的增加,鑄態組織中碳化物的含量逐漸增加,鑄態試樣的沖擊韌度逐漸降低,洛氏硬度值逐漸升高。 釩對CADI熱處理后組織和性能的影響結果表明：隨著釩含量由0%增加到0.71%,針狀鐵素體形貌變得細小,且數量增多,殘余奧氏體量減少；250℃下等溫淬火的試樣的洛氏硬度值在51HRC-54HRC；試樣的沖擊韌度值先增大后降低,含釩量0.45%時達到最大值28.26J/cm2；試樣的抗拉強度先升高后降低,含釩量0.45%時達到最大值1070MPa；試樣的耐磨性逐漸升高,磨損形貌表面較為光滑和平整,“犁溝”逐漸變淺,微觀切削量逐漸變少。 奧氏體化溫度對CADI組織和性能的影響試驗結果表明：隨著奧氏體化溫度由840℃升高到920℃,250℃等溫下各試樣組織形貌由塊狀或板條狀逐漸變為針狀,殘余奧氏體的量也逐漸增加。隨著奧氏體化溫度的升高,試樣的洛氏硬度值先升高后降低,沖擊韌度值則逐漸升高。 等溫淬火溫度對CADI組織和性能的影響試驗結果表明：900℃奧氏體化1.5h后,隨著等溫淬火溫度從220℃升高到320℃,組織中馬氏體量逐漸減少,貝氏體的量增多且逐漸增粗,殘余奧氏體量增多；各試樣的洛氏硬度值逐漸降低,而沖擊韌度值由9.77J/cm2逐漸升高到65.74 J/cm2,其斷口形貌也由解理臺階特征的脆性斷裂變為由大量韌窩組成的韌性斷裂；抗拉強度表現出先增大后降低,到280℃等溫淬火時達到最大為1390MPa,試樣的磨損率逐漸增加,耐磨性越來越差。 等溫淬火時間對CADI組織和性能的影響試驗結果表明：900℃奧氏體化1.5h后,在250℃等溫淬火0.5h的試樣洛氏硬度值達到58.85HRC,可見馬氏體量較多,而等溫時間為1h、1.5h、2h、4h的試樣均在53HRC左右；試樣的沖擊韌度值隨等溫時間的延長表現為先增大后降低,在保溫1.5 h的時候達到最高點為27.65J/cm2。 通過對不同含釩量CADI熱處理工藝、組織及性能的研究,優化出當含釩量為0.45%的試樣,經過900℃奧氏體化1.5h、250℃等溫淬火保溫1.5h熱處理,組織中碳化物含量為10%,貝氏體形貌為針狀的下貝氏體；硬度達到52.9HRC,沖擊韌度值為28.26J/cm2,抗拉強度值為1070MPa,磨損率為0.61mg/m,保證了CADI材料良好的耐磨性和沖擊韌性的綜合性能。 本課題開發的含碳化物的等溫淬火球墨鑄鐵材料,具有高強、高韌、高硬度和與傳統的耐磨材料如合金耐磨鑄鐵、鑄造高錳鋼、高鉻鑄鐵相媲美的耐磨性,并由于其高韌性零件在使用過程中不易發生斷裂,大大延長了工件的使用壽命,且添加的合金元素少,生產成本低,經濟效益好,因此可應用于礦山、農機、建筑、鐵路以及工程機械、交通運輸等領域,具有良好的應用前景。 |
