保温及深冷处理对改善高铬铸铁性能的研究

唐秀丽,李永力

（吉林化工学院,吉林 吉林 132102）

保温及深冷处理对改善高铬铸铁性能的研究

唐秀丽,李永力

（吉林化工学院,吉林 吉林 132102）

根据高铬铸铁在各种领域中的使用性能特点,本研究在原有热处理工艺的基础上,为了改善其组织性能进一步探讨两种保温及深冷处理工艺对高铬铸铁性能的影响。

高铬铸铁；深冷处理；回火

含铬量在12%～28%之间的白口铸铁就属于高铬铸铁，它是一种广泛应用于采矿、电力、筑路机械、水泥、耐火材料等各个领域，常见于磨料磨损和冲击磨损的机件，如衬板、抛丸清理机室体、叶片、锤头、磨球等。高铬铸铁具有比合金钢优良的耐磨性能、比一般白口铸铁优良的韧性和强度，同时抗腐蚀和抗高温性能也很突出，并且成本较低、容易生产。为了提高高铬铸铁的各项性能指标，改善它的韧性、减少它的脆性等问题，使得在某些冲击较大的情况下也能很好地发挥它的使用价值，毫无疑问地在一定程度上会更加扩大其推广和使用。所以提高高铬铸铁的冲击韧性、增加它的耐磨性等力学性能，也一直具有可研究的价值和意义。

热处理工艺的不断发展和改进，深冷技术逐渐地被许多研究人员用来来改进材料的性能。深冷处理技术是一种通过改善工件内部组织的成分比例、分布均匀性，从而能够改善金属工件耐磨性、尺寸稳定性、强韧性、使用寿命的热处理工艺。深冷处理指温度在－130℃以下的冷处理，通过低温处理来改善材料组织性能，可以转变残余奥氏体、析出超细碳化物、提高马氏体的抗蚀性、减少工件变形、开裂等，而且工艺简单、成本低、无污染，具有很好的应用前景，但是在各种实施热处理方案、把深冷技术更好地融合进去，还是具有一定的复杂程度和可变化性。

为了发挥高铬铸铁的潜在能力，本研究将在原有的研究基础上采用两种工艺，从而来探讨保温与深冷处理之间的互相配合对高铬铸铁性能的影响。借助学院力学性能检测实验室及中航一集团下属工厂的热处理车间，针对高铬铸铁展开两套方案的热处理实验。

1 确立热处理的方案

工艺一为针对高铬铸铁试样采用1100℃保温2小时，空淬后进行深冷处理，即空淬后放入液氮（-196℃）中保冷2小时，再进行回火保温4小时，回火温度分别取150、250、350、450、550和650℃，完成后空冷。热处理工艺图如图1所示。

工艺二为针对高铬铸铁试样在1100℃保温2小时，随炉冷却到900℃并保温1小时后取出空冷，随后加入深冷处理，2小时后进行回火处理，回火温度分别从150～650℃，每隔100℃取一次试验样本，保温时间均为4小时。热处理工艺方案如图2所示。

图2 热处理工艺二

2 试验结果

通过以上两种方案的实施，将得到的试样进行各项力学性能检测，并对结果进行对比分析，寻找合适的热处理工艺来提高高铬铸铁在生产实际当中的使用效益。

2.1 两种方案对高铬铸铁硬度的影响对比

把运用两种不同热处理工艺得到的试样在试验室进行硬度测试，测试结果如图3所示。从对比图中可以观察出，经过两种方案热处理后的试样，在硬度方面的性能变化随回火温度的改变趋势基本类似。未经过二次900℃保温的试样，得到的硬度测试值在150℃和450℃回火时会出现最大值，在650℃回火时硬度急剧下降。而试样经过二次保温后再经深冷处理其硬度值略有下降。这是由于在二次保温的过程中残余奥氏体量不多，本身奥氏体转变的较为彻底，以至于后期的深冷处理并没有对硬度的改善起到更好的作用。

图3 深冷处理对高铬铸铁回火后硬度的影响

2.2 对高铬铸铁冲击韧度的影响

将用两种不同的热处理工艺制作而成的材料试样分别进行了冲击韧度的测试，得到如图4所示的结果。从中可以看出，按照工艺一和工艺二分别进行热处理以后，两者的冲击韧度峰值都会出现在回火温度250℃左右。但是二次保温后所得到的冲击韧度值可达到9.8J cm-2，在450℃时两种工艺得到的冲击韧度值接近，在650℃时经二次保温后深冷处理的冲击韧度值仍可保持在8.4 J cm-2。所以高铬铸铁先经过二次900℃保温、深冷处理，然后回火保温，得到的硬度参数和冲击韧度能够很好地配合。

图4 两种工艺对高铬铸铁冲击韧度的影响

2.3 对高铬铸铁耐磨性能的影响对比

将用两种工艺进行热处理的试样进行磨损率测试，其试验结果如图5所示。在图中对比可以观察到经一次保温加深冷处理、回火4小时的试样磨损率伴随着回火温度的递增变化，先是在250℃时升高、然后在350℃回火时磨损率下降到最低。经二次保温加深冷处理再回火保温的试样，滚筒式磨损率随着回火温度的升高发生起伏性变化，在450℃回火时磨损率最低。综合分析两种热处理工艺下磨损的试验结果，可以得出结论：经一次保温加深冷处理的高铬铸铁经过350℃回火保温4小时，可以获得较好的耐磨性。

3 试验结论

针对回火工艺与深冷处理之间的互相配合，改善高铬铸铁性能的试验研究，得到以下结论：

高铬铸铁在1100℃保温2小时后取出空冷，随后放入-196℃的液氮中保冷2小时，随后如果进行150℃回火温度、保温4小时的热处理工艺，可获得较好的硬度；如果进行350℃回火温度、保温4小时的热处理工艺，可获得较好的磨损率。

图5 滚筒式磨损条件下的试验结果

高铬铸铁在1100℃保温2h后进行炉冷到900℃并保温1小时，空冷后放入-196℃的液氮中保冷2小时，随后如果进行250℃回火温度、保温4小时的热处理工艺，可获得较好的冲击韧度；如果进行450℃的回火温度、保温4小时的热处理工艺，可同时获得较好的硬度和磨损率。

在生产实际中，可以根据对高铬铸铁的使用条件和力学性能的重要需求，选择合适的热处理工艺过程，从而得到更为经济、性能更合适的工件。

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