淬火温度对铸造Fe-0.61C-1.56B合金组织和性能的影响

　　随着世界工业的迅速发展，钢铁材料的磨损量越来越大。而高锰钢、镍硬铸铁、高铬铸铁的应用，因Cr、Ni、Mo、V、Ti等元素价格的飞涨而受到限制。虽然对Fe-C-B合金的研究取得了一定的进展，但其中添加了一定量的Cr、Ti等元素[1-7]。

　　Fe-C-B合金中不加Cr，也能获得具有一定强韧性的耐磨材料[8-9]。经过一定的热处理，能更好地改善Fe-C-B 合金的组织和性能，尤其通过淬火，Fe-C-B合金性能得到较大幅度的提高[9]。本文研究了淬火对Fe-C-B合金的影响规律。

　　1 试验方法

　　在150kg中频感应电炉内熔炼，炉料为生铁、废钢、硼铁(含17.8% B)、碳颗粒。待钢水过热至1580～1600℃时，经造渣、扒渣和铝脱氧后，加入硼铁合金，熔清后，快速浇注成型。试样中硼元素含量使用ICP-AES法进行测定，其余元素含量由PulsarA30金属分析仪测定，分析结果如表1所示。试样在 950、1000、1050、1100℃奥氏体化保温1h后进行水淬。

　　采用常规金相试样制备法制备铸态和热处理试样，用2%硝酸酒精溶液进行腐蚀，在Leica金相显微镜下观察其组织，用XRD分析其凝固组织相的构成。XRD试验参数为:Cu-Kα辐射、管流200mA、管压40kV、扫描速度为1°/min，10°～100°耦合连续扫描，步进0.02°。选用JB30A型试验机( 跨距为70mm)测试冲击韧性，试样的尺寸为20mm×20mm×110mm。冲断的试样经过线切割加工平整后并打磨，使用载荷150kg的洛氏硬度计HR-150测量铸态和热处理试样的宏观硬度。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 Fe-0.61C-1.56B凝固组织和性能

　　碳含量为0.61%的碳钢中，加入1.56%B，普通铸造条件下获得了大量类似亚共晶白口铸铁的凝固组织。Fe-C-B 合金的凝固组织由菊花状共晶组织连结成网，且较连续，初晶奥氏体和共晶莱氏体中的共晶奥氏体由黑色组织和白色块状组织填充，见图1低倍和高倍组织照片。结合XRD衍射谱线(如图2)可以确定，共晶莱氏体中共晶硼化物主要为Fe2B，在初晶奥氏体和共晶奥氏体周围以及心部析出的白色块状铁素体，黑色的为珠光体。

　　在金属凝固过程中由于硼化物在奥氏体晶界上析出沉淀，消耗了大量的能量，使得部分铁素体不能和Fe3C结合生成珠光体，随着金属的后续凝固，这部分铁素体以片状形式析出在共晶组织枝晶间和奥氏体的心部。由于B含量较高，且B原子容易和Fe结合生成含硼化合物，大量硼化物沿着奥氏体晶界析出，连成网状。Fe-C-B合金的宏观硬度和冲击韧性是由基体和硼化物分布形态决定的。基体中塑性较好的铁素体和珠光体、网状共晶硼化物对基体的割离，最终影响了合金的性能。Fe-C-B合金铸态时的硬度和冲击韧性分别为40HRC、4.1J/cm²，力学性能一般，有待于进一步改善其硬度和冲击韧性。