釩鐵變質(zhì)處理對(duì)高鉻白口鑄鐵組織和性能的影響

1、 釩鐵變質(zhì)處理對(duì)高鉻白口鑄鐵組織和性能的影響劉兆方, 劉憶,王楠,楊雪飛遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程系,遼寧阜新(123000E-mail:lzypeking摘要:高鉻白口鑄鐵的脆性嚴(yán)重降低了其使用壽命,為了改善高鉻白口鑄鐵組織,提高綜合性能,本文研究了釩鐵變質(zhì)處理對(duì)高鉻白口鑄鐵組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:釩鐵可以使白口鑄鐵晶粒細(xì)化,碳化物形態(tài)改善,可提高硬度和耐磨性,適當(dāng)?shù)拟C鐵可獲得較好的沖擊性能,延長(zhǎng)其使用壽命。關(guān)鍵詞:高鉻白口鑄鐵;變質(zhì)處理;釩鐵0. 引言從60年代開始應(yīng)用至今,高鉻鑄鐵己經(jīng)是世界公認(rèn)的優(yōu)良抗磨材料,在采礦、電力、建筑、筑路、冶金、水泥、化肥工業(yè)等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛1

2、。高鉻鑄鐵作為一種優(yōu)良的抗磨材料,其優(yōu)良的耐磨性倍受國(guó)內(nèi)外學(xué)者和用戶的重視。但是高鉻鑄鐵畢竟屬于脆性材料,韌性較差,許多工況下,耐磨性和韌性不能達(dá)到良好的配合而導(dǎo)致使用壽命較短。國(guó)內(nèi)外研究的共同特點(diǎn)是應(yīng)用各種手段,力圖改變碳化物的形態(tài)及分布,以達(dá)到改善力學(xué)性能的目的,結(jié)果并不十分理想。近些年來許多研究者提出采用復(fù)合變質(zhì)來提高韌性,韌性增加的同時(shí)卻使得成本大幅度的提高。本課題的指導(dǎo)思想是采用我國(guó)資源豐富的釩來改善碳化物形態(tài)的同時(shí),細(xì)化基體組織,改善晶界冶金狀態(tài),以期在保證耐磨性的前提下,達(dá)到提高韌性的目的。在試驗(yàn)中,控制高鉻鑄鐵的基本成分,通過依次遞增變質(zhì)劑釩鐵的含量,研究釩鐵對(duì)高鉻鑄鐵的變質(zhì)效

3、果。本課題緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中存在的問題,致力于提高高鉻白口鑄鐵的韌性,延長(zhǎng)耐磨件的服役壽命。這無疑會(huì)使高鉻鑄鐵的應(yīng)用范圍大大拓寬,具有良好的應(yīng)用前景。1. 試驗(yàn)方案1.1化學(xué)成分高鉻白口鑄鐵成分范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù):C:2.6%3.2%,Cr:13%,Mn:01%,Si0:3%0.8%,Mo:0.8%,Ti:0.1%,RE:0.9%試樣材料中釩含量如下: 編號(hào)0# 1# 2# 3# 4# 含釩量0 0.4 0.6 0.8 1.01.2試樣制備及熱處理工藝試樣采用的原材料有廢鋼、廢石墨電極、鉬鐵、鈦鐵、釩鐵、鉻鐵以及稀土硅鐵等。用20kg酸性中頻感應(yīng)爐熔煉,出爐溫度在14001450之間2。出爐前加純

4、鋁屑脫氧。鑄造采用濕砂型鑄造方法,由于高鉻鑄鐵線收縮量大,與鑄鋼接近,一般在1.5%2.0%之間,故-1- 可以采用與鋼相似的冒口補(bǔ)縮工藝。澆鑄溫度控制在13501400,釩、鈦以及稀土采用包內(nèi)沖入法。鑄件在澆鑄后,30分鐘后開箱清砂。熱處理工藝如圖1,圖2所示。 圖1 退火工藝曲線Fig.1Annealing process of liner plate圖2 “淬火+回火”工藝曲線 Fig.2 Quenching and temperingof liner plate2. 金相組織觀察及力學(xué)性能測(cè)試在XJL-02型立式金相光學(xué)顯微鏡上觀察金相組織。分別用JB30A 沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊韌性測(cè)試

5、;用HR-150形洛氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)硬度;用ML-10型磨料磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)作磨損試驗(yàn),并在TG328A 型分析天平上進(jìn)行稱重。試樣均采用標(biāo)準(zhǔn)試樣.3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1對(duì)變質(zhì)前后金相組織的分析 (a 高鉻白口鑄鐵的鑄態(tài)是初生奧氏體+共晶碳化物。釩鐵變質(zhì)處理后,高鉻白口鑄鐵共晶碳化物的形態(tài)、大小、數(shù)量、分布都發(fā)生了改變,使碳化物斷網(wǎng)孤呈孤立狀存在。當(dāng)未進(jìn)行釩變質(zhì)處理時(shí),圖3(a 中碳化物呈長(zhǎng)條狀、片狀等帶有尖角的形狀,并且較粗大。當(dāng)釩含量為0.4%時(shí),圖3(b 中碳化物的尖角被鈍化,呈扁球狀、短粗棒狀,較均勻地分布在基體中。當(dāng)釩含量為0.8%時(shí),圖3(c 中碳化物較圖3(b 更加圓鈍,呈細(xì)小的球狀

6、彌散地分布在基體中。當(dāng)釩的含量為1.0%時(shí),圖3(d 中碳化物增多,長(zhǎng)大。從圖3各圖中,-2- 3.2對(duì)機(jī)械性能影響的分析3.2.1對(duì)硬度和耐磨性的影響 圖4 釩量對(duì)硬度的影響 Fig.4 Hardness variation as a function of V 從圖4、圖5勢(shì)。釩含量的增大對(duì)硬度和耐磨性影響具有相似性。 3.2.2釩變質(zhì)處理對(duì)沖擊韌性的影響圖6中,高鉻白口鑄鐵沖擊韌性與釩含量的關(guān)系曲線出現(xiàn)了峰值。釩含量小于0.8%時(shí),隨釩含量的增加,沖擊韌性提高;釩含量為0.8%時(shí),達(dá)到峰值;釩含量大于0.8%時(shí),隨釩含量的增加,沖擊韌性下降。 3.3試驗(yàn)結(jié)果分析釩的變質(zhì)處理對(duì)高鉻白口鑄鐵

7、晶粒有良好細(xì)化效果。這是由于釩是強(qiáng)碳化物形成元素,可以與碳形成VC ,VC 是高熔點(diǎn)相在凝固初期,彌散形核,從而增加形核質(zhì)點(diǎn),達(dá)到細(xì)化晶粒的目的1。VC 顯微硬度可達(dá)到21902236HM ,VC 在基體上固溶析出,強(qiáng)化硬化高鉻白口鑄鐵的基體3 。在熱處理過程中,釩降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù),VC 是難溶碳化物,其穩(wěn)定性強(qiáng),彌散分布在奧氏體基體中,阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大,顯著降低奧氏體晶粒的長(zhǎng)大速度,防止奧氏體粗化。-3- 釩還可以降低奧氏體的穩(wěn)定性,提高M(jìn)s點(diǎn),提高淬透性,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,從而確保高硬度,增加耐磨性。釩的另一種作用是取代共晶碳化物中部分鉻,降低鉻在碳化物中的含量,增加基體

8、中鉻的固溶度,促使連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線右移。高鉻白口鑄鐵的沖擊韌性受碳化物數(shù)量、形態(tài)及其分布、基體組織、晶粒度等的影響4。釩對(duì)沖擊韌性的影響具有兩面性。有利的一面是:釩改善了碳化物的形態(tài)、大小,細(xì)化了基體的晶粒,有利于提高沖擊韌性。不利的一面是:釩促使馬氏體的形成,釩含量大于0.8%時(shí),釩促使二次碳化物的析出,馬氏體含量增多,沖擊韌性k 下降。綜合釩對(duì)沖擊韌性的利弊,在采用V-Fe對(duì)高鉻白口鑄鐵變質(zhì)處理以提高沖擊韌性時(shí),V含量在0.8%時(shí)為宜。4 結(jié)論(1釩鐵加到一定量可改善高鉻白口鑄鐵碳化物形態(tài),使其晶粒細(xì)化,奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。(2釩鐵變質(zhì)處理對(duì)高鉻白口鑄鐵的硬度及耐磨性的影響十分顯著,加入量為0

9、.8%時(shí)硬度可提高22%,耐磨性提高4%,沖擊韌性提高20%,超過此量,導(dǎo)致沖擊韌性急劇下降。-4- 參考文獻(xiàn)1 王仲玨,孫萍.成分設(shè)計(jì)在高鉻白口鑄鐵磨球改性處理上的應(yīng)用J.機(jī)械工程師,2005,(7:88-89.2 張進(jìn)孝.復(fù)合變質(zhì)高鉻鑄鐵J.長(zhǎng)安大學(xué)報(bào),2002,22(4:82-84.3 賀同正.合金高鉻鑄鐵及其應(yīng)用M.北京:冶金工業(yè)出版社,1999;564Guesser W L, Foundry, 1985,113(0;50Influence of modification of V-Fe on the structure and properties of high-chromium

10、white cast ironLiu Zhaofang,Liu Yi,Wang Nan,Yang Xuefei Department of Material Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin,Liaoning (123000AbstractTo improve the structure and properties of white cast iron withhigh-chrominm,influence of modification of V-Fe on the structure and pro

11、perties of high-chromium white cast iron was studied.The experimental results show that after the modification of V-Fe,the grain is fined ,carbide morphology can be improved ,and good hardness and resistance to abrasion can be improved.Adequate V-Fes quantity can achieve good impact toughness.Keywords:High-chromium white cast; Modification;V-Fe作者簡(jiǎn)介:劉兆方,男,遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程系學(xué)生;劉憶,女,遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料系副主任,碩士研究生、教授、碩