評(píng)高工論文熱處理工藝對(duì)等溫淬火影響

　　等溫淬火球墨鑄鐵是鑄鐵冶金方面的重要手法，本篇評(píng)高工論文在等溫溫度較低情況下，碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)Dγ較小，碳原子從貝氏體中通過(guò)貝氏體和奧氏體晶界擴(kuò)散到奧氏體的過(guò)程不能迅速充分且快速的進(jìn)行，導(dǎo)致此時(shí)形成的殘余奧氏體含碳量較低，無(wú)論是熱力學(xué)還是在受應(yīng)變時(shí)都不穩(wěn)定�？梢园l(fā)表評(píng)高工論文的期刊有《冶金自動(dòng)化》(雙月刊)創(chuàng)刊于1976年，是原國(guó)家科委批準(zhǔn)、中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)主管、冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院主辦，冶金行業(yè)(包括鋼鐵和有色金屬)唯一國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用科技刊物，主要報(bào)道計(jì)量和檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電氣傳動(dòng)自動(dòng)化、自動(dòng)控制理論在國(guó)內(nèi)外冶金過(guò)程(包括鋼鐵和有色金屬)控制與科學(xué)管理中應(yīng)用的新發(fā)展(如專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)、新成果和新經(jīng)驗(yàn)，并介紹國(guó)內(nèi)外冶金自動(dòng)化的新技術(shù)和新動(dòng)態(tài)。設(shè)有專家論壇、綜述與評(píng)論、前沿技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用、控制理論應(yīng)用、檢測(cè)與儀表、傳動(dòng)與控制等欄目。

　　等溫淬火球墨鑄鐵被譽(yù)為近30年來(lái)鑄鐵冶金方面的重大成就之一，是材料領(lǐng)域的新科技產(chǎn)物，使用這種材料制備的鑄件具有強(qiáng)度高、韌性好、強(qiáng)塑積較高、綜合性能良好以及生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此具有良好的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)材料之一。等溫淬火球墨鑄鐵一般通過(guò)將鑄造狀況良好的鑄態(tài)球墨鑄鐵進(jìn)行等溫淬火，最后空冷至室溫，等溫淬火工藝可以較容易地在球墨鑄鐵中獲得貝氏體和殘余奧氏體的混合組織，較高的殘余奧氏體含量使得這種材料相對(duì)其他鑄鐵材料來(lái)說(shuō)有較好的塑性，而含量較高的貝氏體又使其有較高的強(qiáng)度，這使得等溫淬火球墨鑄鐵具有相當(dāng)優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。等溫淬火工藝是20世紀(jì)30年代學(xué)者在研究合金鋼中等溫奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)移植過(guò)來(lái)的，此熱處理工藝最初用于鋼的奧氏體等溫淬火處理，現(xiàn)已廣泛用于球墨鑄鐵生產(chǎn)。典型的奧貝球墨鑄鐵等溫淬火工藝為:首先將球墨鑄鐵進(jìn)行完全奧氏體化，然后將其迅速淬入一定溫度的鹽浴中等溫，以避免在高溫發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，保溫一定時(shí)間后出爐空冷至室溫。本試驗(yàn)的目的在于通過(guò)合適的熱處理工藝使得常規(guī)鑄造得到的鑄態(tài)球墨鑄鐵材料能夠獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

　　1試驗(yàn)材料與方法

　　試驗(yàn)材料采用常見(jiàn)的鑄態(tài)球墨鑄鐵，具體成分如表1。熱處理試樣制備采用手工砂型鑄造得到的標(biāo)準(zhǔn)Y型試塊(25mmY-Block)，從Y型試塊底部切得標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣各2個(gè)。拉伸試樣采用ASTM_E8M-2004標(biāo)準(zhǔn)。將制備好的試樣在箱式電阻爐中900℃保溫，保溫時(shí)間分別為20、30、50min，進(jìn)行奧氏體化，然后將試樣迅速放入硝鹽浴(50%KNO3+50%NaNO3)中進(jìn)行335、350、380℃等溫，等溫時(shí)間為1.5h，最后空冷至室溫。熱處理后的試樣經(jīng)過(guò)粗磨、細(xì)磨后使用高氯酸(80%)+冰醋酸(20%)電解液進(jìn)行電解拋光10s左右，再使用X射線衍射儀測(cè)定殘余奧氏體含量，并計(jì)算殘余奧氏體的含碳量。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　2.1貝氏體等溫溫度對(duì)殘余奧氏體量及其含碳量的影響根據(jù)X射線衍射圖(圖1)，并利用式(1)～式(3)計(jì)算殘余奧氏體含量及其含碳量，殘余奧氏體含量如圖2、殘余奧氏體含碳量如圖3所示。從圖2和圖3可以看出，在335～380℃等溫時(shí)，試驗(yàn)等溫淬火球墨鑄鐵均獲得了數(shù)量可觀的殘余奧氏體，且殘余奧氏體含碳量均在1.75%～2.0%之間，這種含碳量的殘余奧氏體在熱力學(xué)上較為穩(wěn)定，且在受應(yīng)變時(shí)不容易轉(zhuǎn)變成馬氏體。從圖2中可以看出，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，隨著貝氏體等溫溫度的升高，殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)逐漸增多，最高時(shí)接近50%，而殘余奧氏體含碳量有先上升后下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)�，，在空冷或者機(jī)加工時(shí)會(huì)形成一定量的馬氏體夾雜在貝氏體組織中，且這種馬氏體不易區(qū)分，使殘余奧氏體含量較低，影響材料性能。隨著貝氏體等溫溫度的升高，碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)Dγ增大，更多的碳原子會(huì)固溶到奧氏體中，使殘余奧氏體含量提高，這時(shí)形成的殘余奧氏體含碳量也較高，殘余奧氏體也比較穩(wěn)定。但當(dāng)溫度升高至380℃時(shí)，碳原子的擴(kuò)散速度相對(duì)試驗(yàn)其他溫度下的擴(kuò)散速度要快，富碳?xì)堄鄪W氏體中多余的碳會(huì)在貝氏體奧氏體晶界處析出少量的碳化物，使得殘余奧氏體含碳量又有一定程度的下降。

　　2.2貝氏體等溫溫度對(duì)等溫淬火球墨鑄鐵組織和力學(xué)性能的影響從圖4可以看出，試驗(yàn)處理后的組織主要為石墨、貝氏體、殘余奧氏體以及少量的馬氏體。等溫溫度低，形成針狀下貝氏體。等溫溫度高，形成羽毛狀上貝氏體，貝氏體形態(tài)較粗大。而殘余奧氏體形態(tài)一直呈不規(guī)則形狀。

　　2.2.1貝氏體等溫溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響在等溫淬火球墨鑄鐵中，影響其強(qiáng)度的主要是組織中貝氏體的含量及其形態(tài)。從圖5中可以看出，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)隨著貝氏體等溫溫度的升高，抗拉強(qiáng)度逐漸減小。這是因?yàn)樵跍囟容^低時(shí)，碳原子的擴(kuò)散速度較慢，而貝氏體的生長(zhǎng)速度也較慢，此時(shí)形成的貝氏體形態(tài)上多為針狀，尺寸較小，相界面結(jié)合力較高，因此強(qiáng)度較高。隨著溫度的升高，貝氏體生長(zhǎng)速度增大，其形態(tài)也在發(fā)生改變，等溫溫度低，形成針狀下貝氏體，等溫溫度高，形成羽毛狀上貝氏體，貝氏體形態(tài)較粗大，使得抗拉強(qiáng)度逐漸降低。

　　2.2.2貝氏體等溫溫度對(duì)伸長(zhǎng)率的影響影響伸長(zhǎng)率的主要因素為基體中的殘余奧氏體量及其含碳量，而殘余奧氏體含碳量將決定殘余奧氏體的穩(wěn)定性。從圖5中可以看出，在所試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，隨著貝氏體等溫溫度的升高，伸長(zhǎng)率先增大后下降。這是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，碳原子擴(kuò)散速度較慢，形成的殘余奧氏體含量較少，且有部分含碳量較低，殘余奧氏體穩(wěn)定性較差，使得這些殘余奧氏體在空冷、機(jī)加工、或拉伸受力時(shí)有部分會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體，這部分馬氏體對(duì)延伸率的影響極大，因此此時(shí)延伸率較低。隨著貝氏體等溫溫度的升高，碳原子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，有更多的碳原子從貝氏體中擴(kuò)散并固溶到周?chē)�的殘余奧氏體中，使得未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體含碳量增加，穩(wěn)定性升高，冷卻到室溫后得以保存下來(lái)的殘余奧氏體含量增加，因此延伸率上升。但同時(shí)，貝氏體逐漸長(zhǎng)大，到380℃時(shí)貝氏體形態(tài)明顯粗大，相界面結(jié)合能力減弱，因此延伸率會(huì)有一定程度的下降。此外溫度較高時(shí)，貝氏體奧氏體晶界處析出極少量的碳化物，也是造成延伸率下降的原因之一。

　　2.3拉伸斷口形貌一般來(lái)說(shuō)，斷口形貌是反映試樣韌塑性優(yōu)劣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。球墨鑄鐵中石墨相當(dāng)于基體上的空洞，對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響，在拉應(yīng)力作用下，容易從圓度不足的石墨球邊緣產(chǎn)生裂紋。圖6為試樣等溫淬火后拉伸斷口形貌掃描圖片，可以看出試樣拉伸斷口處存在大量韌窩，屬于韌性斷裂。

　　3結(jié)論

　　(1)在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，隨著貝氏體等溫溫度的升高，材料的抗拉強(qiáng)度逐漸降低，伸長(zhǎng)率先增大后下降。(2)試驗(yàn)球墨鑄鐵中均有較多的殘余奧氏體，含量在17%～49%不等，其含碳量均在1.7%～1.9%之間，這些殘余奧氏體均為富碳、穩(wěn)定的奧氏體。(3)等溫溫度低時(shí)(335℃)，形成針狀下貝氏體;等溫溫度高時(shí)(380℃)，形成羽毛狀上貝氏體。(4)試樣拉伸斷口形貌呈現(xiàn)大量的韌窩狀，韌性斷裂明顯。

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