稀土球墨铸铁B2热定型工艺研究

肖文近肖南鹏

（1.中航工业南方航空工业（集团）有限公司，株洲 412002；2.德昌电机集团P106厂，深圳 518125）

稀土球墨铸铁B2热定型工艺研究

肖文近1肖南鹏2

（1.中航工业南方航空工业（集团）有限公司，株洲 412002；2.德昌电机集团P106厂，深圳 518125）

稀土球墨铸铁B2经热定型后组织检查发现，铁素体含量明显比较铸造状态高很多。为了弄清稀土球墨铸铁B2的组织随温度变化的规律，进行了一系列热处理工艺试验研究，从而得出稀土球墨铸铁的热定型工艺为小于630℃。

稀土球墨铸铁 热处理 珠光体 铁素体 碳化物

1 制定热处理工艺方案

稀土球墨铸铁B2是使用在某型飞机发动机上的零件，在现行热处理状态下经常出现组织变化。为摸清其组织与加热温度的关系，特制定如下热处理方案。

试验方案：分别在600℃、630℃、650℃、670℃、690℃、720℃、750℃、780℃、800℃、830℃温度下保温后空冷，并对热处理前后的试样进行显微组织和硬度对比分析。

2 热处理前、后显微组织

热处理后的显微组织见表1。由显微组织对比分析可知，630℃以下，显微组织无明显变化；从630℃到750℃温度范围内，随温度升高，珠光体逐渐向铁素体转变，基体中片状珠光体的含量逐渐减少；690℃到750℃出现了少量粒状珠光体，铁素体的含量逐渐增多；当温度达到750℃时，珠光体大部分转变成了铁素体；从780℃开始，随温度的升高，珠光体含量逐渐增加，相应的铁素体含量逐渐减少，并出现少量粒状珠光体。

图2 670℃显微组织

图3 720℃显微组织

图1 铸态显微组织

图4 830℃显微组织

3 热处理前、后硬度

由硬度对比分析结果可知：630℃以下，硬度无明显变化；630℃到750℃温度范围内，随温度的升高，硬度逐渐降低，；当温度到达780℃时，硬度又开始逐渐升高。检查结果见图5。

表1 热处理前、后的显微组织

图5 不同温度下热处理前后硬度变化曲线

4 分析讨论

4.1 转变机理

铸铁的铸态组织有三种：铁素体+石墨，珠光体+石墨，铁素体+珠光体+石墨。有时还会存在少量的自由渗碳体和磷共晶。在铸铁中，渗碳体的粒化发生于石墨化之前，粒化与石墨化过程同时进行，一般石墨化比粒化进行得更为强烈。粒状渗碳体则比片状更稳定。

在相变点以下加热时，渗碳体容易发生粒化，石墨化进行较慢；高于相变温度时，与渗碳体粒化的同时，也以相当快的速度进行石墨化。随着温度的长高，硬度下降，直至加热到相变点AC3时，硬度降至最低值，这时铁素体量大于90%。

珠光体+石墨 铁素体+奥氏体+石墨

铁素体+石墨 奥氏体+铁素体+石墨

以上两个转变过程，前者进行较快，后者较慢。这是由于硅的存在，使石墨重新向铁素体中扩散较慢的缘故。

当加热温度进一步升高时，石墨表层的一部分碳将溶入奥氏体中，使奥氏体含碳量增加[1]。

4.2 试验结果与分析

由试验结果可知，当加热温度小于630℃时，其基体中显微组织均为25%～30%的铁素体+片状珠光体及少量碳化物；温度升至650℃至750℃，其基体中铁素体数量从40%～45%急剧增加到80%～85%，其显微组织少量珠光体呈弧岛状被铁素体所包围，硬度下降至低谷。

而当加热温度高于800℃后（相当于α+γ+碳化物三相区温度范围），空冷后的组织为珠光体+分散分布的碎块状铁素体+石墨，硬度也逐渐回升。表1中列出的数据表明，随着热处理状态不同，球墨铸铁的基体组织也不相同，因而具有不同的性能。

我们认为，当回火温度大于630℃，基体中α铁素体增多可能是二次石墨析出的结果。

加热至800℃后，进入了Fe-C状态图中的三相区，即α+γ+碳化物相区而碎化。空冷后，基体组织为珠光体+α铁素体+少量碳化物。同时，组织中分散分布的α铁素体较牛眼状α铁素体要好，故硬度明显回升，相当于铸件的正火组织。

5 结论

第一，630℃到750℃温度范围内，随温度的升高，硬度逐渐降低，铁素体含量逐渐增加。

第二，热定型温度小于630℃。

[1]《铸铁手册》编写组.铸铁手册[M].北京：第一机械出版社，1976：1477.

[2]胡德林.金属学原理[M].西安：西北工业大学出版社，1995：168.

[3]李炯辉.GB 9441-88球墨铸铁金相检验[S].北京：中华人民共和国国家标准，1989.

[4]韩德伟.金属硬度检测技术手册[M].长沙：中南大学出版社，2003：38-111.

Study on Heat Setting Process of Rare Earth Nodular Graphite Cast Iron B2

XIAO Wenjin1,XIAO Nanpeng2
(1.China Aviation Industry southern aviation industry (Group) Co., Ltd., Zhuzhou 412002; 2.Dechang motor group P106 plant, Shenzhen 518125, China)

The microstructure of the B2 cast iron with rare earth nodular graphite cast iron was found, and the content of ferrite was significantly higher than that of the cast. In order to find out the rule of the microstructure of the B2 of the rare earth nodular graphite cast iron with the change of temperature, a series of heat treatment process tests were carried out, so that the heat setting process of the rare earth nodular graphite cast iron was less than 630.

rare earth nodular cast iron, heat treatment, pearlite, ferrite, carbide