正火温度对QT500-7球墨铸铁硬度的影响

付建平

杭叉集团股份有限公司 浙江杭州 311305

1 序言

球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功用于铸造一些受力复杂以及强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁中的石墨呈球状，可以有效地抵抗应力集中。同时，球墨铸铁有良好的热处理工艺，如正火、调质、等温淬火、退火等[1]，这些热处理工艺为得到不同性能的材料提供了保障。

本文以QT500-7球墨铸铁为研究对象，通过不同的温度对其正火，分析正火温度对硬度的影响。

2 热处理工艺制定

对选用的QT500-7球墨铸铁进行材料成分测定，见表1。

表1 材料化学成分（质量分数） （%）

具体的热处理工艺见表2。

表2 热处理工艺

3 温度对硬度的影响分析

热处理后，硬度测试结果见表3。

表3 硬度测试

通过对硬度的测试，发现随着正火温度的增加，试样的硬度也相应增加。

从表3可以看出在820～860℃之间硬度只增加了14HBW，而在860～880℃之间硬度增加了12HBW。硬度的增加量发生了变化，这与基体组织的奥氏体转化程度有关。奥氏体转化可分为部分奥氏体化、完全奥氏体化，因此也就有相应的部分奥氏体化正火和完全奥氏体化正火。据资料记载，部分奥氏体化正火，是将铸件在共析临界转变温度Ac1下限+30～50℃内进行[2]，基体中仅有部分组织转化为奥氏体。而此牌号的奥氏体下限转变温度为800℃，而根据部分奥氏体转化温度为800℃+（30～50）℃，正好对应我们选择的温度820～860℃。当温度超过880℃时，硬度增加明显，880℃时的硬度为266HBW，到940℃时，硬度为296HBW，硬度增加幅度大。此时的硬度增加我们可以用高温完全奥氏体化正火来解释。资料显示，高温完全奥氏体化正火是将正火温度加热到Ac1上限+30～50℃。而该牌号的加热温度Ac1上限为850℃，因此高温完全奥氏体化温度为880～900℃。因此，当温度超过880℃时，硬度已经明显增加。

金属基体组织会影响硬度的改变，对试样进行金相组织检验，进一步分析基体组织是如何影响硬度改变的。

各正火温度点的金相组织如图1所示。

图1 不同正火温度下基体组织（100×）

根据GB/T 9441—2009《球墨铸铁金相检验》对珠光体数量进行评定，结果见表4。

表4 珠光体数量评定

通过表4可以看出，随着正火温度的增加，珠光体含量也随之增加，珠光体含量的增加会影响材料硬度的增加。

通过图1可以发现，温度对组织有明显影响，一方面表现为对组织成分的影响；另一方面对组织数量的影响；再一方面表现为对组织形态、分布的影响[3]。首先对组织成分的影响，经过正火后，基体组织主要以铁素体和珠光体为主；其次，在球墨铸铁中铁素体和珠光体的体积是一一相关的，表达式为：珠光体数量＋铁素体数量=1[4]。当珠光体数量增加时，铁素体数量必定减少。因此只要评定珠光体数量就可以知道铁素体数量[5]。从表4可知，随着温度的升高，珠光体数量是明显增加的；最后，我们再对组织的形状及分布状态进行分析。由图1可知，温度的变化造成珠光体形状及分布状态的改变。图1a、图1b珠光体明显呈网状，同时分布于石墨周围，与石墨的距离还比较远。图1c～e珠光体形状已经变为条形，主要以短条形为主，也可以称之为粒状，同时分散更均匀，弥散分布于铁素体上面，紧挨着石墨球。图1f、图1g珠光体间距减小，呈团状分布。在低倍显微镜下已经很难分清出形状，此时的珠光体可以完全理解为索氏体。

经过以上分析，温度使基体组织发生了转变，基体组织从铁素体基体转变为珠光体基体。同时，随着温度升高，珠光体数量也随之升高。温度还使珠光体形状和分布状态发生了改变，即珠光体形状开始从网状变成了短条状、粒状，最后变成了团状。珠光体的间距也越来越小，以至于在低倍显微镜下无法辨认。温度还使珠光体的生成位置发生了改变。首先生成珠光体的位置在远离石墨的晶界，然后缓慢地向石墨周围扩张，使珠光体的弥散度更大，分布更均匀。

4 结束语

正火温度会引起球墨铸铁基体组织的改变，造成基体组织中的珠光体在数量、形状、分布位置的改变，正是由于这些改变，使硬度发生了改变。因此，正火温度能够引起QT500-7球墨铸铁硬度的改变，并随着正火温度的增加，硬度逐步提高。