硼对含碳化物马氏体球墨铸铁组织和性能的影响.pdf

垂：帅煮 Feb．2017VOI．66 NO．2硼对含碳化物马氏体球墨铸铁组织和性能的影响姜利坤，，琚子来：，李卫红-，黄曼曼2，吴永婷3，刘运腾1(1．山东省科学院新材料研究所，山东济南250013；2．唐山工业职业技术学院机械工程系，河北唐山0630203．山东鲁轻安全评价技术有限公司，山东济南250101)摘要：制备了一种含硼、铬、钒合金元素的含碳化物马氏体球墨铸铁．并系统研究了硼含量对材料组织结构和力学性能的影响。结果表明：当B0．1％时，石墨球圆整度降低，大小分布不均。铸件的热处理条件为：奥氏体化温度900℃，然后在10％氯化钠水溶液中淬火，最后230℃回火。当B为0，06％时，该材料的硬度和冲击韧性具有良好的匹配，硬度为HRc58～61，冲击韧性为8～1lJ／cm2。关键词：球墨铸铁；硼；碳化物；马氏体；力学性能中图分类号：TGl51．1 文献标识码：A 文章编号：1001—4977(2017)02—0192—03E仟eCt Of BOrOn On MjCrOStruCture and PrOpertieS Of CarbideMartenSitiC DuCtiIe I rOnJ认NG“一kunl，JU Zi-lai2，LI Wei_hon91，HUANG Man-man2，、ⅣU Yong—tin93，LIU Yun-ten91(1．New Material Institute ofShandong Academy ofSciences，Jinan 250013，Shandong，China；2．Department ofMechanicalEngineering of Tangshan Polytechnic College，Tangshan 063020，Hebei，China；3．Shandong Luqing Safe移AssessmentTechnology Co．，Ltd．，Jinan 250101，Shandong，China)Abs昀ct： A manensitic ductile iron containing boron，chromium and vanadium was developed and the ef-fectofboron on microstmcture and properties was researche d．The results indicate that when borOn content is 1essthan 0．1％，me星，aphite balls have roundness shape，unifonn size and good morpholo妈，．When boron contentwas more than 0．1％，the roundness ofgraphite ball would reduced，the size and distribution ofgraphite ball wasnonuniform．Under me heat treatment condition ofaustenitizing temperature 900℃，1 0％NaCl s01ution quenc．hing and tempering temperature 230℃，when boron content was 0．06％’hardness and impact toughness had abetter match，the hardness was HRC5 8．6 1 and the impact toughness was 8．11 J／cm2．酗r words： ductile iron：boron：carbide：manensite；mechanical pmpertv马氏体球墨铸铁具有生产成本低，力学性能好，耐腐蚀，磨损能力和抗剥落能力强等特点，被广泛应用于矿山和冶金等湿磨工况。普通马氏体球墨铸铁中往往只添加合金元素铬，在组织中形成少量的碳化物来提高材料的硬度，对一些厚壁铸铁件而言，往往存在淬透性差，碳化物分布不匀，从而导致铸件的耐磨性降低。何奖爱等人研究了热处理对含硼耐磨球墨铸铁组织和性能的影响，结果表明：随着淬火温度的升高，组织中碳化物减少，且球状石墨有明显长大的趋势Ⅲ。赵爱民等人研究了硼对含锰量为2％～3％的球墨铸铁铸态和热处理后组织和力学性能的影响，结果表明：当硼含量大于0．01％时，铸态组织中出现了网状的碳化物，还发现：硼为0．003％～0．01％时，通过热处理可以使得组织中的碳化物消失，当硼含量大于0．0l％时，热处理后组织中仍存在网状碳化物【2】。因此，设计一种含硼、钒、铬三种合金元素的含碳化物马氏体球墨铸铁，在组织中形成B—c卜v高硬度碳化物，利用球墨铸铁的共晶团隔断共晶碳化物的连续生长，获得独立分布的碳化物，从而提高材料的冲击韧性。硼元素能强烈提高材料的淬透性，虽然硼元素在材料中的加入量较少，但对材料的力学性能影响却很大。另外，硼是反球化元素，加入量超过一定数量将会影响球墨铸铁中石墨球的圆整度，影响球化效果。因此本试验系统研究了硼的加入量对含碳化物马氏体球墨铸铁组织结构和力学性能的影响，为铸造工作者提供技术依据。1 试验方法1．1合金的熔炼及成分本试验的合金材料使用150 kg中频感应电炉熔炼，炉料采用优质生铁Q12、A3废钢、硼铁和钒铁等。基金项目：河北省高等学校科学技术研究项目(z2014092)。收稿日期：2016_08_02收到初稿，2016-09—07收到修订稿。作者简介：姜利坤(1980一)，男，副研究员，研究方向为新型耐磨、耐热金属材料研究与应用。电话：13406410586，E—mail：jian91ikun919@163．com万方数据铸造 姜利坤等：硼对含碳化物马氏体球墨铸铁组织和性能的影响 ·193·熔炼过程中，炉底加入少量的增碳剂以保证碳量：熔炼时，先加生铁并逐步加废钢，生铁和废钢全熔之后，加入硅铁，然后用碳一硅分析仪测碳硅含量：同时根据测量结果来调整碳硅含量，然后继续升温，升温至1 450℃左右时，将事先预热好的铬铁、锰铁加入炉内。出炉前用0．15％硅铁、0．15％锰铁预脱氧，铁液出炉温度为1 450～1 480℃，加入FeSiM98Re3球化剂1．3％，FeSi75孕育剂0．8％。包底先放球化剂，轻轻砸实后放孕育剂，放完孕育剂后，还需轻轻砸实[3]：硼铁经事先预热后放在孕育剂上面，试验设计硼含量分别为0．03％、0．06％、0．1％、0．15％。然后覆盖少量的集渣剂。浇注前取试样，用光谱测得球化处理完成后的成分，化学成分如表1所示。表1试验合金的化学成分Table l The chemical compositions of test aUoy ∥B慌元素 C Si Mn s P Cr v B第一组 3．61 2．52 1．35 0．02 O．03 0 72 O．23 0．031第二组 3．61 2 52 1．35 O．02 O．03 0．72 0．23 O．058第三组 3 61 2 52 l 35 O．02 O．03 0．72 0 23 O．097第四组 3 6l 2 52 1．35 O．02 O．03 O．72 0．23 O．152采用水玻璃砂造型，铸型刷铅粉涂料，浇注前将铸型彻底烘干，球化孕育结束后，浇注“Y”型标准试块，采用线切割工艺从“Y”型试块的最下部分截取冲击试样，然后进行热处理试验。冲击试样采用10 mm×10 mm×55 mm的无缺口标准试样，每个试样取四根冲击试块，求平均值。冲击韧性利用JB一300B型冲击试验机进行，硬度利用HR．1 50A型洛氏硬度计进行测量。每个试样取5个点，取平均值。1．2热处理工艺方案前期对马氏体球墨铸铁的热处理工艺进行了探索，根据一系列数据，将奥氏体化温度定为900℃，采用10％NaCl水溶液淬火，然后立即进行回火，回火温度230℃，回火时间15 min。把热处理工艺参数固定，然后研究硼含量的变化对含碳化物球墨铸铁组织和性能的影响。2试验结果分析与讨论2．1 硼含量对含碳化物马氏体球墨铸铁组织的影响试验材料经过热处理后的金相显微组织如图l所示。从图1中可以看出，经过热处理后其最终组织都为细针状马氏体+孤立分布碳化物+球状石墨：随着硼含量的增加，碳化物的数量增加，碳化物的形态开始变得粗大，碳化物出现连续的网状分布形态。硼是强烈的碳化物析出元素，所以当硼含量超过一定数量后，硼元素的反球化作用很明显【4]。对比分析可以得出结论，B>0．1％时，组织中球状石墨形态恶化，球化不良，所以硼含量o．1％时，冲击韧性下降的幅度大，力学性能恶化明显。硼含量增加，组织内碳化物数量增多，形态粗化，所以冲击韧性呈下降趋势嘲=当B>0．1％时，冲击韧性下降明显，原因是石墨形态发生了恶化，球墨铸铁中石墨的形态对冲击韧性有着决定性作用。当硼含量在0．06％～0．1％范围内变化时，含碳化物马氏体球墨铸铁的硬度和冲击韧性能达到较好的匹配。3结论(1)当硼0．1％时，石墨形态发生恶化，大小分布也不均匀，石墨的圆整度变差，要想得到球化良好的组织，硼含量应0．1％时，冲击韧性下降幅度较大，力学性能恶化。(3)对于试验材料而言，当硼含量在0．06％～0．1％范围内变化时，含碳化物马氏体球墨铸铁的硬度和冲击韧性能达到较好的匹配。参考文献：[1]何奖爱，刘越，刘云秋，等．热处理对含硼耐磨球墨铸铁组织和性能的影响[J]．铸造，1997(12)：3—5．[2]赵爱民，毛卫民，孙峰，等．硼对耐磨球墨铸铁组织和力学性能的影响[J]．钢铁研究学报，200l，13(1)：60—63．[3]姜利坤，张新恩，田长文，等．热处理工艺对双相等温淬火球墨铸铁组织的影响[J]．铸造，2013，62(6)：534—540．[4]吴越．硼对含碳化物等温淬火球墨铸铁组织和性能的影响[D]．郑州：郑州大学，2013．[5]张其飞．含碳化物等温淬火球铁热处理工艺及组织和性能的研究[D]．合肥：合肥工业大学，2012．(编辑：刘冬梅，ldm@founduworld．com)·+一+*+”+“+n+一+·-+”+”+”+”+”+”+··+n+u+“+一+一+一十*+一+一+*+一+一+一+一+-—+一一十”+-+*+-+-+一+一+一十一—+一一—+一一。。f一”—+一一—十一一—。。f一一十一—‘+一-—。—P·2017年沈阳经济区铸造年会暨第二十三届东北三省四市铸造年会通知2017年5月5．7日，沈阳经济区铸造年会暨第二十三届东北三省四市铸造年会将在沈阳金城宾馆召开。本次会议将是东北地区铸造行业有史以来最大的盛会，是东北地区铸造行业发布、交流信息的大平台，更是铸造同仁、新老朋友的大聚首。本次会议内容丰富，是东北铸造同行交流的大型活动，会上共同总结行业的现状，分析行业的发展契机，研讨行业的发展趋势，发布铸造行业的前沿的信息，使铸造企业及时掌握行业的发展趋势。借此契机相互学习，广交朋友，共谋发展，展望未来。此次大会是铸造及铸造相关企业领导相识、交流的大平台，专业运作，给予铸造同仁全方位的资源联动支持。会议期间召开沈阳市铸造协会(学会)八届一次理事长会议。主办单位：沈阳市铸造学会，沈阳市铸造协会，哈尔滨铸造学会，长春市铸造学会，大连市铸造学会支持单位：沈阳金安铸造材料有限公司沈阳普越实业有限公司沈阳创新合金有限公司沈阳宇航金属材料研究所长江材料(集团)科左后旗有限公司北京隆源自动成型系统有限公司沈阳中世电器设备有限公司氏丰华美(沈阳)仪器设备有限公司会议内容：1．大会主旨报告；2．铸造讲坛：邀请国内外铸造专家、学者讲授铸造技术的新进展、新成果、新技术、新动向；3．经验介绍：铸造企业、科研院所、大专院校前沿管理经验介绍；4．会议交流：铸造新材料、新技术、新工艺专题交流，铸造科技成果发布；5．信息发布、产品展示：铸造装备、原辅材料、检测设备等相关企业信息发布及展示。6．参观：参观知名企业。时间及地点：时 间：2017年5月5．7日，5月5日全天报到。地 点：沈阳军区金城宾馆(沈阳市和平区太原北街1号，沈阳火车站可转多条公交汽车西塔站下车，东行100米即是)。收费标准：会务费：900元／人，住宿费自理。信息发布：时间10分钟，费用3 000元。展品展示：每展位1 000元。会务工作：沈阳市铸造协会(学会)地址：沈阳市于洪区沈辽路191．2．121号电话(传真)：024—6224773 1邮箱：觚517@163．com联系人：封彦新(秘书长) 13190055170刘秀丽(办公室主任)13504041091黄宏军 1 35 14203906万方数据