高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼熱處理工藝研究

肖穎(銅陵市明誠鑄造有限責(zé)任公司,安徽　銅陵　247127)

高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼熱處理工藝研究

肖穎(銅陵市明誠鑄造有限責(zé)任公司,安徽銅陵247127)

高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼進(jìn)行熱處理是其在實(shí)際應(yīng)用中的必要環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步展開加工處理。對(duì)其進(jìn)行成分分析，并通過熱處理，經(jīng)過退火、淬火以及回火等一系列處理之后，高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼在沖擊韌度和硬度等方面都實(shí)現(xiàn)了性能提升，尤其是沖擊韌度在經(jīng)過熱處理之后可以達(dá)到28J/cm2的水平。

高強(qiáng)韌；耐磨鑄鋼；熱處理；硬度；沖擊韌度

在耐磨鑄鋼中加入錳元素，可以強(qiáng)化其在沖擊負(fù)荷和高壓力等條件下的性能，體現(xiàn)出高強(qiáng)韌性和耐磨性。這一過程需要通過熱處理實(shí)現(xiàn)，而熱處理又可以劃分為加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段。所以，對(duì)這三個(gè)階段的熱處理工藝進(jìn)行研究和控制，能夠進(jìn)一步強(qiáng)化高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼的性能。

1　成分分析

對(duì)于鋼而言，碳是其中比不可少的重要元素，其對(duì)鋼的性能具有直接影響，尤其是對(duì)韌性和硬度的影響非常明顯。根據(jù)碳含量在鋼中的占比變化，鋼的硬度和韌性會(huì)隨之改變，而且表現(xiàn)出一定的反比關(guān)系，即碳元素含量上升，鋼的硬度會(huì)隨之上升，但是韌性卻會(huì)對(duì)應(yīng)下降。

除了碳元素之外，鋼中還會(huì)添加一些其他的合金元素，比如錳、硅、鉬等。對(duì)于錳元素而言，其實(shí)煉鋼過程中比不可少的脫氧劑，能除去鋼液中含有的氧元素。不僅如此，錳元素還可以起到脫除類氧元素的作用，比如脫除鋼液中的硫元素。對(duì)于硅而言，在進(jìn)行煉鋼時(shí)，其也是必須的脫氧劑，在有效脫除氧元素的同時(shí)，還可以提升鋼的硬度和強(qiáng)度。但是，硅元素的含量和鋼的韌性和塑形密切相關(guān)，其含量越高，鋼的韌性和塑形也就越差。在對(duì)鋼進(jìn)行淬火和回火處理時(shí)，添加適當(dāng)?shù)你t和鉬，可以起到提升淬透性以及回火穩(wěn)定性的作用。不僅如此，鉻還可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性的作用，但是會(huì)造成韌性和塑形變差。此外，鎳可以在保持鋼塑形和韌性的同時(shí)，使其強(qiáng)度得以提升。另外，鈦、稀土等在熱處理過程加入，都可以實(shí)現(xiàn)鋼性能的優(yōu)化和提升。

2　高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼的熱處理工藝

表1　熱處理工藝方案

下表所示是對(duì)兩組試樣設(shè)計(jì)的不同熱處理工藝方案，其中試樣1和試樣2在化學(xué)成分的種類構(gòu)成上相同，但是試樣2含有的碳、錳、鉻、鎳等元素都高出試樣1，硅、硫、鉬這幾種元素和試樣1持平或者更低。

從表1可以看出，兩種熱處理方案在處理流程上存在退火處理有無這一主要差別，而且在淬火和回火處理這兩環(huán)節(jié)，在處理溫度和時(shí)間上均存在一定區(qū)別。最終得出的熱處理效果在沖擊韌度和硬度這兩個(gè)方面都表現(xiàn)出了差異，下面就其深入分析。

3　熱處理結(jié)果分析

從上述的熱處理工藝方案設(shè)計(jì)可以看出，在經(jīng)過不同的熱處理工藝處理之后，試樣所表現(xiàn)出的性能表現(xiàn)出明顯差異，下面就力學(xué)性能、斷口以及金相作出具體分析。

在力學(xué)性能方面，從表中可以看出，試樣2在經(jīng)過方案II處理之后，其硬度最高可以達(dá)到53HRC，這和其他處理方案或是試樣1并沒有太大差距。但是在沖擊韌度方面，試樣2經(jīng)過方案II處理之后，其最高值可達(dá)28J/cm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他幾個(gè)熱處理組別。綜合對(duì)比來看，試樣2經(jīng)過退火、淬火（油淬）以及回火等工序處理之后，能夠表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能，同時(shí)也說明錳、鉻、鎳這幾類元素對(duì)于提升鋼體性能具有積極作用。

在斷口方面，通過觀察發(fā)現(xiàn)，試樣1在方案I的處理下，斷口存在氣孔等缺陷，而且斷口屬于脆性斷口一類，不僅有效截面積較小，而且力學(xué)性能較差。而試樣2在經(jīng)過方案I處理之后，斷口形式有所改善，尤其是有了明顯的韌窩花樣，說以其沖擊韌度有所提高。而試樣1在經(jīng)過方案II處理之后，雖然其斷口形式進(jìn)一步改善，但是依舊表現(xiàn)出低塑形的缺陷，說明硅、鉻含量比較高。而試樣2在經(jīng)過方案II處理之后，韌窩數(shù)量很多，而且分布均勻，并且彼此相連，這就表現(xiàn)出了良好的塑形和沖擊韌度，說明處理工藝優(yōu)良。

在金相分析方面，試樣1在方案I處理之后，其主要的金相組織是馬氏體，還有殘余的奧氏體，而且馬氏體較大，使得韌性和硬度都較差。試樣2經(jīng)過方案II處理之后，雖然主要金相仍是馬氏體和極少奧氏體，但是馬氏體板條清晰，分布均勻，使得硬度和韌性較高。

4　結(jié)語

通過對(duì)不同試樣在不同熱處理工藝下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)錳、鎳、鉻等元素對(duì)于提升高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼的性能具有積極意義，尤其是提升沖擊韌度和硬度更是效果良好。同時(shí)，在熱處理中，增加退火環(huán)節(jié)，優(yōu)化淬火和回火的處理溫度及時(shí)長，可以優(yōu)化鑄鋼內(nèi)部的馬氏體形狀及分布，以此實(shí)現(xiàn)鑄鋼性能改良。

［1］張文鳳.超高硬韌性耐磨鑄鋼的研究［D］.沈陽理工大學(xué)，2010.

［2］楊雪梅.高強(qiáng)韌耐磨鑄鋼熱處理工藝研究［J］.硅谷，2013，07：70+20.