铬钼铜低合金灰铸铁光球板的淬火处理

吴显祖

1.光球板的化学成分及铸态金相组织

铬钼铜低合金灰铸铁光球板，各生产企业大都采用如下化学成分：wC=2.9%～3.1%、wSi=1.5%～1.7%、wMn=0.8%～1.0%、wCr=0.4%～0.6%、wMo=0.8%～1.2%、wCu=1.0%～1.2%，ws、wp均<0.06%。在常规中频感应电炉熔炼、孕育、砂型浇注后，铸态金相组织为片状石墨+片状珠光体（或珠光体+索氏体），另有少量的碳化物和二元或三元磷共晶存在于共晶团之间。按GB7216评定，石墨形态为A型或A+B型或B型或D+E型，不允许有粗大的C型石墨。石墨长度4～6级，含量≥7%。碳化物应≤3级，磷共晶应≤2级。石墨形态不良或数量太少会明显降低光球板的切削力，出现球坯在光球板中光打滑不下屑现象。磷共晶硬脆存在于共晶之间（750～950HV），降低光球板的韧性和强度，光球板工作中易出现片状或块状剥落。

2.光球板淬火工艺及注意事项

光球板铸坯经粗加工后要进行淬火处理，以提高强度和硬度。淬火加热设备多采用台车式电阻炉，淬火加热温度860～870℃，保温时间为1.5min/mm，淬火冷却介质为L-AN32全损耗系统用油，油温40～80℃，板面出油温度≤120℃（冷却时间5mm/min）。球板淬火后应回火，回火温度180～220℃。

一副光球板由固定板和转动板组成，固定板较转动板磨损严重而先行损坏。为协调两板的使用寿命，要求固定板较转动板硬度高2～3HRC。对加工大钢球（φ15mm以上）的光球板，要求有较高的韧性，硬度应低些，以防止球板工作中掉块或断裂。与此相反，加工中小钢球（﹤φ15mm）的光球板，硬度要求高一些，以提高光球板的使用寿命。因此，光球板淬火后的回火温度应择向选取。加工大钢球的转动光球板用200℃回火，加工大钢球的固定光球板用180℃回火。加工中小钢球的转动光球板用180℃回火，加工中小钢球的固定光球板用160℃回火。回火时间≥4h，回火后空冷。

光球板淬火应注意以下事项：

（1）为防止球板加热产生变形，炉底板应平整，球板间垫块要等厚，各支点受力均匀。

（2）淬火时冷却油应用压缩空气搅拌，防止在球板面形成油气膜，影响冷却。球板入油后应上下移动并转动，使球板冷却均匀，严防球板冷却时局部露出油面。

（3）为防止有筋固定光球板在淬火时产生裂纹和断裂，淬火后应及时回火。

（4）限制装炉量，防止最后出炉淬火的球板在炉内保温时间过长，产生同炉加热的球板淬回火后硬度不均匀。

附表系用RT-75-9台车电阻炉，一炉装8块同形状的光球板，加热保温后每次出炉两块球板淬火，油冷时间20min。首末淬火的球板在炉内保温时间相差近1.5h。回火后的硬度变化见附表，首末淬火的光球板淬火硬度基本相同，但回火后硬度变化不同。先淬火的球板回火后硬度下降，最后淬火的球板回火后硬度升高。这是因为球板在回火时有两种作用，一是从马氏体中析出渗碳体，使马氏体正方度降低，硬度下降；二是残留奥氏体向马氏体转变，硬度升高。先淬火的球板在炉内保温时间短，残留奥氏体量少，回火后硬度下降大于硬度的提高，结果显示硬度下降。最后淬火的球板，在炉内保温时间长，残留奥氏体量相对较多，回火后硬度的提高大于硬度的下降，结果显示硬度提高。

为防止上述现象产生，应尽量减少同炉光球板在炉内保温时间的差异。减少装炉量或增加每次淬火的球板数量，可以减少同炉球板在炉内保温时间的差异，但后者需考虑淬火冷却系统的承受能力。

3.光球板淬硬性及淬透性

铬钼铜低合金灰铸铁光球板，因几何尺寸大，不便使用洛氏硬度计测量，大都用里氏硬度计测量，并转换成HRC值。为确切了解光球板淬火后的硬度及其淬透性，对成品光球板切取了大量试样进行硬度测量。

经统计，硬度≥58HRC的点，C4543板有1个，C1347板3个，G1101180板12个。分别占各测试点1.6%、5.6%、14%。各板测试点的最高硬度与其最低硬度之差：C4543板为9HRC，C1347板为8HRC，G1101180板为12HRC，说明球板铸态组织不均匀。各板硬度总平均值：C4543板为54.08HRC，C1347板为54.42HRC，G1101180板为55.10HRC。说明光球板淬火后的硬度应为54～55HRC。这与国内外许多光球板所要求的硬度上限相符合，不同厂家生产的光球板硬度一般在52～54HRC之间。因此，铬钼铜低合金灰铸铁光球板淬火后的硬度应≤55HRC。

一般各企业光球板的出厂硬度（都用里氏硬度计HLD测量）都比其取样用洛式硬度计所测硬度高5～6HRC。因此，光球板的出厂硬度减去5～6HRC，则为该板确切的洛氏硬度值。成品光球板的厚度大都为100mm。经测量板面硬度与板厚50mm处的硬度基本相同，说明该成分的光球板淬透深度在50mm以上，完全能满足光球板的使用要求。

回火后硬度变化统计表