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铸钢件的双相区热处理

时间: 2011-07-25 12:02 来源: 作者: 中国铸造协会 李传栻点击:
近年来,用于低温下的铸钢件日益增多,其中不少是低温下的承压件,这类铸件大都对低温冲击韧度有严格的要求。

在对铸钢件的种种要求中,对很多铸钢厂来讲,最难的达标的就是冲击韧度。通常为提高冲击韧度而采取的措施不外以下几种:

◆ 降低含碳量;
◆ 适当提高锰、碳比(Mn/c);
◆ 加入合金元素,如Ni,Cr,Mo等;
◆ 降低含硫量;
◆ 减少钢中的硫比物夹杂,改善硫化物夹杂的形态;
◆ 采用炉外精炼工艺;
◆ 改进。

上述各项措施中,改进热处理是应当重视的首选方案,因为:

◆ 不导致铸造工艺过程的重大调整;
◆ 不必添加设备;
◆ 生产成本增加很少。

1978年,E. G. Nisbett、R.D.ASP和D. E. Morgan等人发表了对锻造碳钢进行双相区热处理的研究结果。核电站用的碳钢锻件,经双相区热处理后,冲击韧度约提高了两倍,而抗拉强度只略有下降。

此后,加拿大的铸钢业界和欧洲的一些企业对铸钢的双相区热处理进行了研究,也得到令人满意的效果。

1.什么是双相区热处理

铸件的双相区热处理,是在铸件原实施的正火或淬火的基础上,再加以只热到双相区的第二次正火或淬火处理。

双相区的温度范围视钢的含碳量而定见图1


含碳量(%)
图1

双相区在A1和A3之间,钢在此范围中不完全奥氏体化,组织由α加γ两相构成,所以称为双相区。共析钢没有双相区,所以,这种处理只适用于亚共析钢。钢的含碳愈低,其双相区的范围也就愈宽。

显微组织为铁素体加珠光体的亚共析钢,加热到A1以上的温度,组织中的相变情况大致如下:

a.刚超过A1(727℃)

铁素体基本上保持不变,珠光体逐步转变为奥氏体。新的奥氏体晶粒在珠光体团的边界上生核,珠光体中的片状碳化物粗大化并变成球状。随着转变过程的进行,碳从球状碳化物向不断长大的奥氏体中扩散。这样,就在原有的球光体内形成新的铁素体晶粒。珠光体发生这种转变所需的时间,因钢中合金元素含量和温度而异,但是,在双相区内经1小时大约可完成 90%。由珠光体形成的奥氏体,其初始含碳量接近共析成分(即0.77%左右)。

b.加热到双相区内较高的温度

如将钢加热到较高的温度,则奥氏体区会进一步扩大到原有的铁素体中,奥氏体的含碳量也会逐步降低到接近钢的成分。原有的铁素体中也可能形成一些小而孤立的奥氏体。

铸钢件在双相区保温后再冷却时,生成的奥低体又转变为珠光体和铁素体。处理的主要效果是晶粒组织细化,因而能改善钢的韧性。

2.热处理工艺要点

重要的铸钢件,在进行热处理之前应进行一次均匀化退火,以消除魏氏组织。均匀化退火的温度一般在A3以上100-150℃,在此温度下保温后炉冷。一般的铸钢件,可以不进行这种处理。

除有特殊要求的铸钢件外,一般都采用退火、正火或调质等热处理工艺。

采用退火处理的铸钢件,对力学性能的要求一般都不高,对这类铸件,不必用双相区处理。

采用正火或调质处理的铸钢件,如要求改善冲击性能,可进行双相区处理的试验研究,以下意见可作为试验时的参考。

A.采用正火处理的情况

碳钢铸件和低合钢铸件,一般都采用正火或正火、回火处理。正火处理时,加热温度应在A3以上30-50℃,保温时间按铸件截面厚度确定,一般为每25mm厚度1小时。

进行双相区热处理时,将经正火处理的铸件再次加热到A1以上,A3以下的某一温度,保温后空冷。A3的具体值因钢的含碳量和合金元素含量而不同,可从热处理手册中查到,双相区处理的具体温度值值,应由试验的结果确定,可先在试验室用试样作不同的处理,从而选取效果最佳的温度。

如正火后还需回火,则回火应在双相区处理之后进行。

B.采用调质处理的情况

对力学性能要求高的低合金钢铸件,应采用调质处理工艺,调质处理包括淬火和回火两道工序。

铸钢件淬火时,加热温度一般在A3以上20-30℃。

调质钢进行双相区热处理,应在淬火之后进行。处理温度的选定与前述正火相同,在选定温度下保温后也淬火冷却,淬火介质与第一次淬火相同。

双相区处理后,再进行回火处理,回火的温度视要求的硬度而定。

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