加热温度对低合金耐磨铸铁中碳化物形态和冲击疲劳性能的影响

　　低合金耐磨铸铁具有较高的硬度和耐磨性，已被广泛用于机械、矿山、冶金及水泥等领域。 然而，该材料的韧性较差，在使用时因产生疲劳裂纹而报废， 其主要原因是该材料中的共晶碳化物以连续的网状分布[1]。 可见改善共晶碳化物的形态是提高该耐磨铸铁韧性的关键问题。 因此， 通过高温热处理来改善低合金耐磨铸铁中共晶碳化物的形态与分布， 达到提高其韧性的目的是完全可能的。 为此， 本文研究了加热温度对低合金耐磨铸铁中共晶碳化物形态和冲击疲劳性能的影响。

　　1 实验材料与方法

　　实验材料为低合金耐磨铸铁，其化学成分(质量分数，%)为：2.04C，0.64Si，0.81Mn，1.38Cr，0.034P，0.036S。 以生铁、废钢和铬铁合金为原料，在250 kg中频感应电炉中熔炼，浇注温度约 1380℃，采用包底冲入法加入变质剂， 变质剂为 1#稀土硅铁，加入量为 0.50%， 在干沙型中铸出 准30mm×50mm 坯料。 然后将坯料在 KJX-8-13 型箱式电阻炉内进行热处理，加热温度分别为 840、900、960 和 1020℃，保温时间为 3h，冷却方式为空冷。 将热处理后的坯料加工成 准15mm×20mm 的冲击疲劳试样，再将试样的试验面进行砂纸打磨后抛光，固定在测试位置上， 利用单点冲击疲劳试验机测其冲击疲劳抗力，其冲击频率为 90 次/min，冲击能量为 9.6J/ 次，冲头为 准10mm 的轴承钢球， 硬度为 63HRC，试验时以试样表面出现裂纹(约 0.2mm)时的冲击次数(N)定为冲击疲劳抗力，数据是取 3 块试样的平均值。并用 Neophot21 光学显微镜和 KYKY-1000B扫描电镜观察试验的碳化物形态、 裂纹的萌生与扩展，并测出上述各试样的裂纹数目和总裂纹长度，总裂纹长度为各裂纹长度之和。

　　2 实验结果及分析

　　2.1 碳化物形貌

　　图 1 为不同加热温度下低合金耐磨铸铁中共晶碳化物的形态与分布。可看出，铸态铸铁中共晶碳化物基本呈网状分布， 热处理后网状碳化物熔断，转化成独立的块状，加热温度越高，网状碳化物转化成块状越多，当加热温度为 960℃时，碳化物的网状特征基本消失。 这是由于共晶碳化物在高温时溶断并向块状转化是热力学发展的必然趋势，是以碳化物的溶解、碳原子的扩散与析出的方式进行的。 加热温度越高，碳原子的活性越大，碳原子在奥氏体中的扩散速度也越大， 故共晶碳化物网的熔断越充分，转化的块状碳化物数量越多。

　　2.2 冲击疲劳性能

　　表 1为冲击疲劳的测试结果。可以看出，铸态试样的裂纹数目最多，总裂纹长度最长，冲击疲劳抗力最低;试样经 960℃×3h 处理后，裂纹数目最少，总裂纹长度最短，冲击疲劳抗力最高，即抗冲击疲劳性能最好，与铸态的试样相比,其冲击疲劳抗力提高 88.56%。