铸造技术经验交流

锰对淬火铸铁后基体硬度的影响

精华0483

  每试样测量5点,以平均硬度作为试样的测量硬度。采用JB30A15kgm一次摆锤式冲击试验机,试样尺寸20mm×20mm×110mm,不加工,无缺口。每种成分试样测量3次,以平均值作为试样的冲击韧度值。

  在ML-10型销盘式磨料磨损试验机上进行磨损试验,试样尺寸为6mm×20mm,分别用70目和120目碳化硅砂纸作磨料,正压力20N,对比试样为常规处理的Cr15Mo1Cu1篼铬铸铁。用BS400-WE型电子天平测量质量损失,精度0.0001g。磨损实验前后试样用丙酮超声波清洗5min,根据"=标准试样的磨损量/被测试样的磨损量,求得材料的相对耐磨性。

  实验结果与分析含锰量对硬度的影响1示出不同含锰量的高铬铸铁试样在铸态、淬火、淬火+回火状态下的宏观硬度值。从中可以看出,铸态各试样的硬度基本保持不变,而淬火可以大幅度提高材料的硬度,但淬火硬度随含锰量的增加现出下降趋势。锰对淬火硬度的影响与其对基体和碳化物的影响有关。

  淬火后基体主要是马氏体,因而马氏体的硬度对基体硬度有很大影响。增加锰含量会增加过冷奥氏体的稳定性,降低MS温度,引起残余奥氏体量增加;含锰量的提高会降低其奥氏体化温度,进而降低了奥氏体中的碳及合金元素的含量,使淬火得到的马氏体的硬度呈下降趋势;高铬铸铁中加锰只改变M7C3型碳化物中的铁与锰的比例,对碳化物的热力学稳定性以及硬度影响不大。所以三者作用结合起来,材料宏观硬度随含锰量增加而下降。

  采用淬火+回火工艺在1.8%~2.5%Mn时可以进一步提高材料的硬度。在回火过程中,二次碳化物弥散分布在基体上可对基体产生强化作用。锰量增加,二次碳化物析出量增加,对提高基体硬度有利;另一方面,锰量增加,残余奥氏体量增加,降低基体硬度,所以材料在一定成分范围硬度提高。

  显微组织Cr15MnV铸铁淬火+回火后显微组织为共晶碳化物+二次碳化物+回火马氏体+残余奥氏体。01,02,03,05号试样淬火+回火后的金相显微组织如2所示。由2可看出,随着含锰量增加,基体组织中残余奥氏体的量增加,共晶碳化物粗化,碳化物的网状特征更加明显。

  含锰量对冲击韧度的影响3为含锰量与铸铁冲击韧度的关系曲线。碳化物抵抗裂纹扩展能力较低,特别是当碳化物呈网状分布时,裂纹可以沿网状碳化物快速扩展,且消耗的能量比较小。而在含锰量为小于2.4%时,碳化物均匀且不连续分布,裂纹在扩展时不得不沿基体扩展,相对于碳化物而言基体一般具有良好的韧性,从而降低了裂纹扩展速率。因此,02、03号试样冲击韧度值较高。

  耐磨性在70目、120目碳化硅二体磨料磨损,正压力为20N条件下,含锰量对铸铁耐磨性(试样经珠光体化预处理,淬火+回火工艺处理)的试验结果见2。由2可以看出,随着含锰量的增加,材料的耐磨性呈下降趋势。在切削式磨损过程中,基体对碳化物起支撑作用,碳化物对基体组织提供保护,起抗磨骨干作用。在该试验条件下,碳化硅的硬度1.41.61.82.02.22.42.62.83.0Mn(质量分数,%)3含锰量与铸铁冲击韧性的关系7.57.06.56.05.55.0ak/J

  cm-2比铸铁的马氏体基体和碳化物硬度都高,二体磨料磨损发生显微切削,材料的宏观硬度决定了其耐磨性。1中,材料的宏观硬度随含锰量的增加而降低,因此其耐磨性下降。而含2.0%和2.4%Mn的02、03号试样无论是粗磨料还是细磨料下均现出良好的耐磨性。

  结论(1)Cr15MnV铸铁淬火+回火后显微组织为共晶碳化物+二次碳化物+回火马氏体+残余奥氏体。随着含锰量增加,组织中共晶碳化物粗化,网状特征明显。

  (2)在1.5%~3.0%Mn时,随着含锰量的增加,Cr15MnV铸铁的硬度、冲击韧度、耐磨性均呈下降趋势。

  (3)含2.0%和2.4%Mn的Cr15MnV铸铁淬火+低温回火硬度分别为63HRC、62HRC,冲击韧度分别为6.92J/cm2、6.94J/cm2,在二体硬磨料磨损中现出良好的耐磨性。

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