耐磨鋼鑄件的熱處理
發(fā)布時(shí)間：2017-01-6
1．耐磨高錳鋼鑄件的固溶熱處理——水韌處理耐磨高錳鋼的鑄態(tài)組織中有大量析出的碳化物，因而其韌度較低，使用中易斷裂。
高錳鋼鑄件固溶熱處理的主要目的，是消除鑄態(tài)組織中晶內(nèi)和晶界上的碳化物，得到單相奧氏體組織，提高高錳鋼的強(qiáng)度和韌度，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。要消除其鑄態(tài)組織的碳化物，須將鋼加熱至1040。C以上，并保溫適當(dāng)時(shí)間，使其碳化物完全固溶于單相奧氏體中，隨后快速冷卻得到奧氏體固溶體組織。這種固溶熱處理又稱為水韌處理。
(1)水韌處理的溫度：水韌溫度取決于高錳鋼成分，通常為1050～1100。C。含碳量高或者合金含量高的高錳鋼應(yīng)取水韌溫度的上限，如ZGMnl3鋼和GXl20Mnl7鋼。但過高的水韌溫度會導(dǎo)致鑄件表面嚴(yán)重脫碳，并促使高錳鋼的晶粒迅速長大，影響高錳鋼的使用性能。圖ll-25為高錳鋼在1100。C保溫2h后鑄件表面碳和錳元素的變化。
-(2)加熱速率：高錳鋼比一般碳鋼的導(dǎo)熱性差，高錳鋼鑄件在加熱時(shí)應(yīng)力較大而易開裂，因此其加熱速率應(yīng)根據(jù)鑄件的壁厚和形狀而定。一般薄壁簡單鑄件可采用較快速率加熱；厚壁鑄件則宜緩慢加熱。為減少鑄件在加熱過程中變形或開裂，生產(chǎn)上常采用預(yù)先在650。C左右保溫，使厚壁鑄件內(nèi)外溫差減小，爐內(nèi)溫度均勻，之后再快速升到水韌溫度的處理工藝。圖ll—26為典型高錳鋼件的熱處理工藝規(guī)范。
(3)保溫時(shí)間：保溫時(shí)間主要取決于鑄件壁厚，以確保鑄態(tài)組織中的碳化物完全溶解和奧氏體的均勻化。通常保溫時(shí)間可按鑄件壁厚25mm保溫lh計(jì)算。圖ll—27為保溫時(shí)間對高錳鋼表面脫碳層深度的影響。
(4)冷卻：冷卻過程對鑄件的性能指標(biāo)及組織狀態(tài)有很大的影響。圖11—28為不同冷卻條件下高錳鋼的組織。
水韌處理時(shí)鑄件入水前的溫度在950。C必上，以免碳化物重新析出。為此，鑄件從出爐到A水時(shí)間不應(yīng)超過30s；水溫保持在30。C以下．淬火后最高水溫不超過60。C。水溫對高錳鋼力學(xué)性能的影響見表11—17，水溫較高時(shí)高錳鋼的力學(xué)性能顯著下降。水韌處理時(shí)水量須達(dá)到鑄件和吊欄重量的8倍以上，若用非循環(huán)水需定期增加水量．暑好使用水質(zhì)干凈的循環(huán)水或采用壓縮空氣攪動(dòng)池水。用吊籃吊淬時(shí)，可采用擺動(dòng)吊籃的方式加速鑄件的冷卻。
高錳鋼水韌處理多用臺車式．熱處理爐。鑄件人水常用自動(dòng)傾翻或吊籃吊淬方式。前者對大件及形狀復(fù)雜的薄壁件易引起變形，淬火后鑄件從水池中取出也較為困難；后者淬火后取出鑄件方便，但吊籃消耗大。
2＆#8226;耐磨高錳鋼鑄件的鑄態(tài)余熱熱處理 為縮短熱處理周期，可利用鑄態(tài)余熱進(jìn)行高錳鋼水韌處理。其工藝為：鑄件于ll00～1180。C時(shí)自鑄型中取出，經(jīng)除芯清砂后，鑄件溫度允許冷卻到900～1000。C，然后裝入加熱到l050。1080。C的爐內(nèi)保溫3～5h后水冷。該處理工藝簡化了熱處理工藝，減少了鑄件在型內(nèi)的冷N啪3,但ue產(chǎn)操作上有一定難度。表11—18為不同熱處理工藝的高錳鋼試樣的力學(xué)性能。
3．耐磨高錳鋼鑄件的沉淀強(qiáng)化熱處理 耐瞎高錳鋼沉淀強(qiáng)化熱處理的目的，是在加入適量碳化物形成元素(如鉬、鎢、釩、鈦、鈮和鉻)的基礎(chǔ)上，通過熱處理方法在高錳鋼中得到一定數(shù)量和大小的彌散分布的碳化物第二相質(zhì)點(diǎn)，強(qiáng)化奧氏體基體，提高高錳鋼的抗磨性能。但這種熱處理工藝較復(fù)雜，并使生產(chǎn)成本增加。
耐磨高錳鋼沉淀強(qiáng)化熱處理工藝見圖li-29所示。
4．水韌處理后高錳鋼的金相組織
高錳鋼經(jīng)水韌處理后，如碳化物完全消除，則為單一奧氏體組織(見圖lI-30)。這樣的組織，只有在薄壁鑄件上才可能得到。通常允許奧氏體晶粒內(nèi)或晶界上有少量碳化物。高錳鋼組織中的碳化物，按其產(chǎn)生的原因分為三種：其一為未溶碳化物，是水韌處理未能溶解的鑄態(tài)組織中碳化物；其二是析出碳化物，是因?yàn)樗g處理時(shí)冷卻速度不夠高，在冷卻過程中析出的；第三種是過熱碳化物，是因水韌處理時(shí)加熱溫度過高而析出的共晶碳化物。前兩種碳化物，可通過再次熱處理予以消除，過熱產(chǎn)生的共晶碳化物則不能借再次熱處理消除。由于共晶碳化物超標(biāo)而判定不合格的鑄件，只能報(bào)廢，不允許再次熱處理。
關(guān)于碳化物的評定，我國已制訂國家標(biāo)準(zhǔn)(鑄造高錳鋼金相)，其簡要內(nèi)容見表il-19。
關(guān)于耐磨中錳鋼鑄件的熱處理，可參考上述高錳鋼的處理。
5．耐磨中鉻鋼鑄件的熱處理 耐磨中鉻鋼鑄件熱處理的目的，是得到高強(qiáng)韌性和高硬度的馬氏體基體組織，以提高鋼的強(qiáng)度、韌度及耐磨性。
耐磨中鉻鋼因含有較多的鉻元素而具有較高的淬透性，通常經(jīng)950～1000。C奧氏體化，后在空氣中淬火。
及時(shí)回火是必要的。為了保證獲得較高的硬度并避免回火脆性，通常經(jīng)200～300。C的回火。
6．耐磨低合金鋼鑄件的熱處理 耐磨低合金鋼鑄件依合金成分及含碳量不同而采用水淬、油淬及空淬熱處理，某些工況下使用的珠光體耐磨鋼則采用正火+回火的熱處理方式。相應(yīng)的牌號參見本手冊第7章7．3節(jié)。
耐磨低合金鋼鑄件通常采用850～950。C淬火，200～300。C回火，以獲得高強(qiáng)韌性、高硬度的馬氏體基體，提高鋼的耐磨性。
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