回火温度对ADI组织和性能的影响.pdf

文章编号:():./.回火温度对 组织和性能的影响王 瑞邓 晗刘兴龙海丰龙潘安霞(.中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏 常州.国家高速列车技术创新中心山东 青岛)摘 要:等淬球铁零件在不同的回火温度下会发生组织的转变导致力学性能下降 采用单变量对比法将等淬球铁经过不同温度处理后通过观察金相、扫描电镜()的方法对组织进行了分析通过拉伸试验、夏比冲击试验对强度、塑性、韧性等力学性能进行检测得到以下结论:等淬球铁的组织转变温度在 当回火温度高于此温度后强度呈下降趋势硬度几乎不变但塑性会降低 冲击韧性降低 影响材料的正常使用 转变的原因是组织中的残余奥氏体在此温度后转变为铁素体和碳化物降低了材料的塑性和韧性关键词:等温淬火球墨铸铁奥铁体回火温度残余奥氏体中图分类号:.文献标识码:参考文献引用格式:王瑞邓晗刘兴龙等.回火温度对 组织和性能的影响.轨道交通材料():.收稿日期:作者简介:王 瑞()女硕士工程师从事球墨铸铁方面研究 等温淬火球墨铸铁()是近 年发展起来的一种新型球墨铸铁材料是球墨铸铁经奥氏体化等温淬火处理后获得的具有更高的抗拉强度、疲劳强度、断裂韧度和更好的耐磨性 年 由芬兰科学家在论文中提出认为高温等淬组织并不是一般认为的上贝氏体而是无碳化物析出的针状贝氏体 随后 多年时间里世界上一些国家都致力于 材料的研究 年 铸铁件术语标准中正式将球墨铸铁经等温淬火热处理后获得的针状铁素体 高碳奥氏体的混合组织命名为奥铁体()广泛运用于农业机械、建筑机械、工程机械、冶金机械、汽车、铁路和军工领域 我国从 世纪 年代也开始 的试验研究主要集中在以下几个方面:()进一步扩大 的使用范围()简化和稳定生产工艺进一步降低成本()对 合金化()对 进行系统研究为制定我国等温淬火球墨铸铁标准做准备 年中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司开始研究 斜楔其力学性能 、硬度 耐磨性是原来 斜楔的 倍较好地解决了货车转向架斜楔长期存在的耐磨性较差的问题 另外由于 中含有石墨斜楔的质量由每件 减到.带来了很大的经济效益也实现了货车转向架的轻量化虽然 材料有一系列无可比拟的优点但其使用工况有一定的限制 一般来说零部件在摩擦磨损过程中会累积热量当摩擦面温度达到材料组织临界值时材料基体组织发生转变宏观上形成白亮层力学性能降低产生的微裂纹将在材料表面或者次表面开裂、扩展 对于 材料室温时奥铁体的组织是稳定的 如果长时间受力或在某一高温条件下基体组织可能会发生组织转变导致常规力学性能急剧降低影响 零件的使用 等人研究发现在 下回火 等淬球铁的基体组织会全部转化为铁素体 为了探究 材料在使用工况中的组织转变温度本文做了不同温度下的保温试验通过观察组织变化和检测力学性能变化来确定转变温度 试验方法.试样准备本试验选用 牌号的 材料原料为生铁、废钢、回炉料浇注温度 随流孕育最终成分如表 所示 浇注成 壁厚的 型试块具体尺寸如图 所示加工工艺 轨道交通材料 第 卷 第 期 年 月表 试样材料成分表(质量分数).图 型试块尺寸 截取 型试块下面 的长方体为等温淬火试验对象取样位置如图 所示 等淬工艺为:奥氏体温度、奥氏体化时间.等温淬火温度 等温淬火时间.如图 所示 等淬加热电炉选用德国进口 电炉盐槽内盛放 的 亚硝酸钠和 亚硝酸钾的盐溶液图 型试块取样图图 试样热处理工艺图.试验步骤本试验准备 个试样 回火工艺:每个试样以 /的升温速度从室温分别升到 、均保温 后用试样钳取出空冷至室温 将试样加工成金相试样、拉伸试样观察金相、力学性能并对比原始试样和回火后的试样 试验结果与分析将原始未处理试样编为 号回火温度 为 号 为 号以此类推到 号 试样的金相组织如图 和表 所示试样的力学性能变化如图 所示图 试样的金相组织()从金相试验结果来看基体组织为奥铁体在 回火后有碳化物出现 从力学性能看抗拉强度和屈服强度随着环境温度的增加呈下降的趋势硬度变化不大 断后延伸率和冲击性能在回火温度为 时急剧减小断后延伸率从 ()降到 降低了 冲击性能从 ()降到 降低了 王 瑞邓 晗刘兴龙等 回火温度对 组织和性能的影响 轨道交通材料 第 卷 第 期 年 月表 试样的金相组织试样编号石墨情况基体组织(原始状态)/奥铁体 残余奥氏体()/奥铁体 残余奥氏体()/奥铁体 残余奥氏体()/奥铁体 少量碳化物 残余奥氏体()/奥铁体 少量碳化物 残余奥氏体()/奥铁体 少量碳化物 残余奥氏体图 试样的力学性能变化趋势 虽然性能发生明显的变化但从光学显微镜金相图中观察不到基体组织的变化 于是进一步在扫描电镜下观察 号、号和 号试样的形貌如图 所示图 奥铁体显微形貌和、号试样的 形貌图()为 号试样放大 万倍后的奥铁体显微形貌 从图中可以看出奥铁体由亚片条铁素体()和高碳奥氏体()组成 铁素体针细小而分布均匀内部夹杂细小、量多而弥散的高碳奥氏体高碳奥氏体是奥铁体形成过程中排碳碳原子扩散进入周边的残余奥氏体中其碳含量远远高于原奥氏体的碳含量从图()中可看出回火温度为 的 号试样基体组织中的奥铁体()排列有序铁素体针细小均匀 奥铁体晶粒之间还存在着岛状的残余奥氏体()从图()中可以看出回火温度为 的 号试样基体组织中残余奥氏体已经转变为铁素体和碳化物奥铁体中的铁素体针开始变粗变长 当回火温度为 时如图()所示铁素体针变得更加粗长晶粒方向也变得没有秩序残余奥氏体是不稳定相较高温度下会发生转变 有研究表明当等淬温度为 时残余奥氏体的体积百分含量最多 为了测量试样中残余奥氏体的具体含量对 号、号、号试样做了(电子背散射衍射)测试 数据分为两部分:不同晶格结构 和 的含量(见图 中左图)和不同晶面指数的晶粒分布情况(见图 中右图)为体心立方结构的铁素体 为面心立方结构的残余奥氏体 从图 左图中可以看出 号试样、号试样和 号试样的残余奥氏体的体积分数分别为.、.、说明当回火温度高于组织转变温度时 材料组织中的残余奥氏体会转变为铁素体和碳化物并且回火温度越高残余奥氏体的转变量越多直至全部转化 从图 右图中可以看出晶粒的尺寸随着回火温度的升高逐渐变大验证了铁素体针的粗长化回火温度为 试样中的岛状残余奥氏体塑性好起第二相增塑作用奥铁体中的高碳奥氏体也王 瑞邓 晗刘兴龙等 回火温度对 组织和性能的影响 轨道交通材料 第 卷 第 期 年 月图 号、号和 号试样的 数据能提高 的塑性变形抗力 回火温度大于 后残余奥氏体转变为铁素体不再起第二相增塑作用奥铁体中的铁素体针变长变粗晶粒由有序变为无序 这种基体组织的转变带来塑性、韧性的下降断后延伸率降低 冲击性能降低 导致材料失效以上结果说明回火过程中 材料的组织转变温度在 当回火温度低于这段温度时材料的组织和性能不会发生大的变化 当回火温度超过 时材料的组织发生变化塑性和韧性骤然降低导致材料失效 结论()回火过程中本文中研究的 材料的组织转变温度在 ()当回火温度高于组织转变温度时 材料组织中的残余奥氏体会转变为铁素体和碳化物残余奥氏体的转化量随着回火温度的升高而增加奥铁体中的铁素体针也会随着回火温度的升高变得粗长化()材料组织的转变会导致塑性和韧性下降断后延伸率降低 冲击性能降低 导致材料失效参考文献:刘金城龚文邦.国外 研发的一些最新进展.现代铸铁():.周恒湘张进.等温淬火球墨铸铁的应用及其发展.金属加工():.韩非徐锦锋闫启栋.等温淬火球铁()实用生产技术.铸造技术():.张忠仇李克锐吴建基.我国等温淬火球铁的现状及前景.铸造():.蒋田芳.铁道货车用等温淬火球墨铸铁斜楔标准综述.铁道技术监督():.().():.刘宗昌计云萍.贝氏体组织的回火转变.热处理技术与装备():.边泊乾刘金海李国禄等.等淬温度对等淬球铁中残余奥氏体及其力学性能的影响.现代铸铁():.(.):.:.:()王 瑞邓 晗刘兴龙等 回火温度对 组织和性能的影响 轨道交通材料 第 卷 第 期 年 月