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1、热变形量对白口铸铁组织与性能的影响 钟长文 王海燕摘 要 对经不同热变形量的白口铸铁的组织与性能进行观察、测试及分析,所得结果对白口铸铁的应用具有重要的指导意义。关键词 白口铸铸 热变形量 组织 性能INFLUENCEOFHOTDEFORMATIONQUANTITYONSTRUCTUREANDPROPERTIESOFWHITECASTIRONZhongChangwen WangHaiyanLianYiPetroleumandChemicalIndustryCo.Ltd,DaQingLiuJianhuaYanShanUniversitySynopsis Th
2、estructureandpropertiesofwhitecastirongoingthroughdifferenthotdeformationwereobserved,measuredandanalyzed.Resultsobtainedhavegreatsignificanceforapplicationofthewhitecastiron.Keywords whitecastiron hotdeformationquantity structure property1 前 言 白口铸铁具有很高的强度、硬度、耐磨性,因而作为耐磨材料被广泛地应用于水泥
3、、矿山、电力等行业。由于白口铸铁中共晶碳化物为连续网状分布,其脆性较大,使其应用受到限制。为了提高白口铸铁的综合机械性能,有人提出用锻造、轧制等塑性加工方法,使其网状碳化物破碎,以提高其韧性。近年来人们对白口铸铁的锻造性及影响因素做了大量研究［1～3］，结果表明:白口铸铁可以塑性加工,且组织中的网状共晶碳化物得以破碎,同时在基体上形成大量细小的颗粒状碳化物,总的效果使其韧性得以提高。然而变形量与其组织与性能的关系,尚未见详细的报道。本文对此进行了探讨,为确定最佳变形量,进一步挖掘白口铸铁的应用潜力,提供有价值的参考数据。 2 试验材料与方法2.1 试验材料
4、 试验材料为亚共晶白口铸铁,其成分为:2.35C，0.61Si,0.85Mn,1.21Cr,0.03P,0.038S。经250kg感应电炉熔炼,浇注成55×60(单位mm)圆棒试样。2.2 试验方法 将试样放在RJX-8-13电阻炉内加热到1000℃保温40min,在400kg空气锤上进行平砧间单向镦粗变形,其变形量分别为10%、25%、40%、50%、65%,然后空冷至室温。用NEOPHOJ21光学显微镜和KYKY-1000B扫描电镜观察铸态与上述各变形试样的金相组织,用计点法［4］对颗粒状碳化物的百分含量进行计算。沿垂直于试样变形方向将铸态和上述各变形
5、试样截取尺寸为10×10×55(单位mm)的无缺口冲击试样并打洛氏硬度,在MPW万能磨抛机上进行磨损试验,其试样尺寸为10×10×20(单位mm),外加载荷为1.1kg,磨料为180号刚玉水砂纸,行程600m。用万分之一精度的光电天平测量失重量。(硬度、冲击韧性、耐磨性的数据是3次试验结果的平均值)。用扫描电镜观察冲击断口和磨损面的形貌。3 试验结果与分析3.1 金相组织 白口铸铁经热变形后,其金相组织为:破碎的网状共晶碳化物,基体上弥散分布的细小粒状碳化物和基体珠光体组织。变形量越大,网状共晶碳化物破碎越严重,颗粒状碳化物数量越多，(见图1、表1)。当变
6、形量超过65%时,试样出现宏观裂纹,裂纹的走向与压力方向呈45°角,有的裂纹相交成八字形。经微观组织观察(图2)发现裂纹源在网状共晶碳化物内部或在碳化物与基体的结合面处萌生,并沿碳化物或碳化物与基体的结合面延伸扩展。图1 不同变形量的白口铸铁金相组织 200×a—铸态 b—10% c—40% d—50%表1 颗粒状碳化物析出量变形量/%10254050粒状碳化物(w)/%8.7517.6821.2523.34图2 裂纹产生与扩展 400× 白口铸铁经热变形后,在奥氏体内产生大量的位错等缺陷,在这些缺陷处易诱发析出尺寸约0.002μm的颗粒状碳化物［5］,在
7、随后的冷却过程中,随温度的降低,即使温度低于共析点,碳原子将以碳化物(Fe3C)形成优先依附在已有的颗粒状碳化物表面上［6］。因变形量越大,奥氏体内产生的位错等缺陷越多,诱发析出的颗粒状碳化物数目也越多,因此形成的颗粒状碳化物数量也就越多。随变形量的加大,白口铸铁所受的变形应力越大,当其超过材料极限强度时,会出现裂纹。裂纹源之所以在网状共晶碳化物内部及碳化物与基体的结合面上萌生,就是由于碳化物本身脆性大,韧性差,以及碳化物与基体的塑性不同,因此抵抗塑性变形能力也不同,在外力作用下易产生应力集中导致裂纹形成。3.2 性能测试3.2.1 硬 度 由实验结果图3
8、可见:白口铸铁的硬度随变形量的增大略有降低,但降低不
