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球墨鑄鐵的微觀凝固過程及球墨鑄鐵等溫淬火工藝

日期:2020-04-30 19:39點擊:
對球墨鑄鐵凝固過程的認識建立在球墨鑄鐵屬於離異共晶以及熔液內存在運動兩個事實的基礎上,強調奧氏體枝晶的單獨存在和它在凝固過程中的作用。
(一)、球墨鑄鐵的微觀凝固過程
  從20世紀80年代開始,很多學者對球墨鑄鐵的微觀凝固過程提出新的認識,包括:①亞共晶球墨鑄鐵,先析出初生奧氏體。共晶球墨鑄鐵,在非平衡凝固條件下,首先析出初生奧氏體。過共晶球墨鑄鐵則首先析出初生石墨球。②共晶結晶時,發生離異共晶。共晶奧氏體與石墨球分別單獨形核。③初生枝晶和暈圈枝晶交替生長,促成石墨球周圍奧氏體殼形成。奧氏體以石墨生長麵為襯底形核、生長,在初生石墨球周圍形成環狀封閉奧氏體殼。④由於石墨漂浮、枝晶下沉及熔體對流等原因,石墨球與奧氏體發生碰撞,形成共晶晶粒。基於這些新的認識,可以將球墨鑄鐵的微觀凝固過程近似表述為,當溫度下降到液相線溫度以下某一溫度時,亞共晶球墨鑄鐵有初生奧氏體枝晶、共晶和過共晶球墨鑄鐵有初生石墨球在液相中析出。共晶結晶時,共晶奧氏體與石墨球分別單獨形核。
  石墨球在液體中自由長大到一定尺寸後,在石墨球外圍形成奧氏體暈圈。同時奧氏體按枝晶狀方式生長,並逐漸在枝晶旁析出石墨球。石墨球與奧氏體枝晶的碰撞與接觸形成共晶晶粒,石墨球被奧氏體包圍。碳原子通過奧氏體殼向石墨球擴散,石墨球得到顯著長大。隨著溫度降低,石墨-奧氏體共晶晶粒不斷長大,遊離奧氏體也會自由生長。當所有液相變成固相後,凝固結束。對球墨鑄鐵凝固過程的認識建立在球墨鑄鐵屬於離異共晶以及熔液內存在運動兩個事實的基礎上,強調奧氏體枝晶的單獨存在和它在凝固過程中的作用。采用著色腐蝕技術,金相顯示了球墨鑄鐵縮鬆區中奧氏體枝晶的組織形貌,分析了球鐵縮鬆的形成機製。研究表明,奧氏體枝晶對縮鬆缺陷的類型及形成機製具有顯著影響。可見,縮鬆形成於上述形成過程的第二階段,枝晶形成骨架後,凝固較早的區域對熱中心的異地抽吸液體流動是球鐵縮鬆形成的主要原因。並且,隨冷卻速度增大,枝晶析出量增大,而石墨析出量減小,共晶前期凝固收縮增大,縮鬆傾向也增大。指出宏觀縮鬆常常出現在枝晶晶簇間隙,產生於共晶凝固前期樹枝晶骨架形成後,是異地凝固收縮造成對熱節中心(厚壁處)鐵液抽吸流動的結果;微觀縮鬆是於凝固末期,晶簇間隙中的凝固收縮得不到補償而產生的微小孔洞;枝晶數量增多,形態趨於發達,液態金屬異地抽吸作用增強,易於形成宏觀縮鬆;反之,枝晶數量減少,形態粗壯,傾向於形成顯微縮鬆。
  (二)、球墨鑄鐵等溫淬火工藝
  1.設備
  目前熱處理使用的許多爐子和淬火槽都可用於球墨鑄鐵等溫淬火。如果被處理的工件為加工後的零件.則需要使用保護氣氛。此外在淬火時應能將工件快速轉運至淬火爐中,才能得到所希望的機械性能。為滿足仁述需要,通常使用鹽一鹽法對工件進行等溫淬火。工件懸掛在掛具上,在鹽浴爐中預熱、加熱、保溫,然後迅速吊運到另一鹽溶爐中進行等溫淬火。淬火鹽槽的尺寸應足夠大,這樣才能保證淬火時鹽浴的溫度一致,它的溫差應在±5℃之內。
  一般所用的淬火鹽浴劑,大都由硝酸鈉和硝酸鉀配製而成。在使用時應及時清除鹽浴中的汙染,通常每周應對淬火劑清除汙染一次。高溫下不能使用標準的過濾係統,應將鹽槽冷卻至約200℃,在此溫度下,標準過濾係統才可有效地使淬火劑得到滿意的過濾。
  2.工藝
  要改善球墨鑄鐵件的等溫淬火性能,一般應加大球墨鑄鐵中合金元素的含量。而且還應根據鑄件的具體情況,及對鑄件機械性能的要求,試驗確定具體工藝。
  球墨鑄鐵在奧氏體升溫之前,應在350℃下預熱,這樣做的目的有二:一是除去濕氣;二是減小熱衝擊,避免變形。
  球墨鑄件的奧氏體化溫度,根據鑄件的化學成分、原始組織及鑄件壁厚及所需機械性能來確定。既要保證基體組織完全奧氏體化。不殘留鐵素體,又要避免奧氏體晶粒過大。一般奧氏體化溫度為850~950℃。要改善淬火後的機加工性能,可將奧氏體化溫度降至815~850℃,但這會使零件的抗磨損性能降低。過高的奧氏體化溫度.會使奧氏體晶粒粗大,淬火後殘留奧氏體量增加,並呈網狀分布,導致機械性能降低。因而目前最常用的溫度為880~900℃。
  等溫淬火停留的時間主要由過冷奧氏體完全轉變為下貝氏體所需的時間來決定。若時間不足,必然有一部分過冷奧氏體來不及轉變為下貝氏體,隨後空冷時轉變為淬火馬氏體加少量殘留奧氏體,這是不希望的。一般情況下,等溫悴火時問和奧氏體化時間一樣,工件斷麵厚度越大.則時間越長。
  等溫淬火溫度對零件機械性能影響很大。象凸輪、蝸輪等需要高抗磨損的工件,應使用較低的淬火溫度(250℃)較高的溫度用於抗衝擊和抗拉強度要求較高的傳動零件。
  當抗衝擊和抗拉強度要求較高時,控製等溫淬火的溫度是非常重要的。每變化10℃,就會對抗衝擊和延仲率產生明顯影響。要控製淬火後工件的硬度.也應嚴格控製淬火時的溫度。一般情況下.淬火溫度取250~350℃之間,可獲得較高的綜合機械性能。
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