關(guān)富雷

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

磨損是造成機(jī)械失效的主要原因之一。為了維持各種機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，工業(yè)部門需要投入大量金屬制造易損件，這方面的金屬消耗量是相當(dāng)可觀的，金屬磨損問(wèn)題多年來(lái)一直是材料科學(xué)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。減少金屬磨損，總體上有兩個(gè)途徑:一是改善零件的服役條件，盡量減少外界對(duì)零件的傷害;二是設(shè)法提高零件材料本身的抗磨能力。

工業(yè)實(shí)踐表明:煤礦機(jī)械、電力機(jī)械、建材機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中許多易磨損件改用高鉻耐磨鑄鐵后壽命成倍延長(zhǎng)，獲得顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，高鉻鑄鐵已經(jīng)是世所公認(rèn)的優(yōu)良抗磨材料，在采礦、水泥、電力、鐵路機(jī)械、耐火材料等方面應(yīng)用十分廣泛。高鉻白口鑄鐵具有優(yōu)良的抗磨料磨損能力，沖擊韌性也優(yōu)于其它合金白口鑄鐵，這是它成為當(dāng)代最佳抗磨材料的基本原因。它的優(yōu)良抗磨能力和沖擊韌性主要決定于其特有的組織，高鉻白口鑄鐵含鉻量大于11%，鉻、碳含量比值超過(guò)3.5。在這種情況下，高硬度M7C3型碳化物幾乎全部代替了M3C型碳化物。M7C3型碳化物基本上是以孤立的條狀形態(tài)存在，與呈網(wǎng)狀連續(xù)分布的M3C型碳化物相比，大大增強(qiáng)了基體的連續(xù)性，因而整體材料的韌性顯著提高。而且由于基體中富含有鉻元素，有較好的淬透性，經(jīng)過(guò)適宜的熱處理可獲得抗磨能力優(yōu)良的金屬組織。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 鑄造工藝

1.1.1 成分設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)所采用的高鉻鑄鐵成分皆為:22%Cr、2.7% ～ 3.0%C、3.5% ～4.0%Mn、0.5% ～ 0.6%Si、少量 Ni。

1.1.2 成分分析

工業(yè)上應(yīng)用的高鉻白口鑄鐵，含鉻量范圍一般是11% ～25%，鉻碳比應(yīng)該超過(guò)3.5。在這個(gè)成分范圍內(nèi)，組織中將出現(xiàn)可作為抗磨骨架相的M7C3型碳化物，溶于奧氏體中的鉻則可以改變相變性質(zhì)，通過(guò)調(diào)整鉻碳比、冷卻速度、熱處理制度，使奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物成為所需要的室溫基體組織。增加碳和鉻的含量將增加碳化物的數(shù)量，這使耐磨性提高而韌性降低。碳化物數(shù)量可從下面的公式估算:

碳化物含量(%)=12.33(%C)+0.55(%Cr)－15.2

在生產(chǎn)中一般均采用亞共晶成分。由以上估算碳化物數(shù)量的公式可以看出，鉻雖能增加碳化物數(shù)量，但其作用沒(méi)有碳大，因此，要增加碳化物數(shù)量時(shí)，常常是增加含碳量。

鉻除和碳、鐵形成碳化物外，尚有部分溶于基體中，基體中的含鉻量可以從下式估算:

基體中的含鉻量(%)=1.95×%Cr/%C－2.47

溶于基體中的鉻可以提高鑄鐵的淬透性。當(dāng)碳量一定時(shí)，增加鉻量，或鉻量一定時(shí)降低碳量，均能使淬透性提高，也就是淬透性隨鉻碳比的增加而提高。故本次實(shí)驗(yàn)選取含Cr:22%，含C:2.7% ～3.0%。

在高鉻鑄鐵中錳既是常存元素也是有用的合金元素，錳對(duì)高鉻鑄鐵凝固過(guò)程的主要影響是改變初生奧氏體的析出溫度和合金凝固溫度范圍。由于錳對(duì)凝固過(guò)程的這些影響，使含錳較高的高鉻鑄鐵初生奧氏體枝晶細(xì)化，數(shù)量增加，相應(yīng)地減少了共晶組織的尺寸。錳還可以提高高鉻鑄鐵的回火抗力。隨含錳量的增加，最高回火硬度有降低的趨勢(shì)，而且達(dá)到最高回火硬度所需的時(shí)間增加。存在于奧氏體中的錳有推遲鉻原子擴(kuò)散的傾向，這說(shuō)明錳量越高達(dá)到最高回火硬度所需時(shí)間也越長(zhǎng)的原因。鉻、錳含量較高的奧氏體組織，具有較好的韌性、塑性和加工硬化性質(zhì)。在沖擊載荷或壓應(yīng)力作用下，容易誘發(fā)成馬氏體使工件表面形成硬化層，提高抗磨能力。錳推遲珠光體轉(zhuǎn)變?cè)杏?。但在一定條件下，對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變卻有促進(jìn)作用。調(diào)整高鉻鑄鐵的鉻碳比、硅錳比(提高硅含量)、控制合適的加錳量，還可以通過(guò)熱處理(鑄件奧氏體化后空冷)手段制造出具有奧氏體－貝氏體組織的高鉻鑄鐵，這種高鉻鑄鐵的綜合的機(jī)械性能和抗磨能力都是很好的，故這里選取含Mn:3.5% ～ 4.0% 。

硅是鋼鐵材料中的常存元素，從幾個(gè)方面影響高鉻鑄鐵的凝固組織。硅減少共晶反應(yīng)溫度范圍，縮小固-液兩相共存區(qū)，使共晶碳化物變得較為細(xì)化，分布更為彌散化。含硅2%以上的高鉻鑄鐵，大部分共晶碳化物趨于孤立狀態(tài)。另外，硅使共晶含量降低，導(dǎo)致碳化物增加。

硅固溶于奧氏體或鐵素體中，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用。對(duì)高鉻鑄鐵中的奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度測(cè)定表明:硅特別有助于提高馬氏體型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度。在不同的冷速下冷卻的鑄件中，基體硬度均隨含量的提高而上升。

硅的固溶強(qiáng)化作用強(qiáng)于錳、鎳、鉻、鎢鉬、釩。能顯著提高奧氏體中奧氏體及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的彈性極限、屈服強(qiáng)度、屈服比以及疲勞強(qiáng)度。這些強(qiáng)度性質(zhì)的改善，對(duì)于提高材料的抗磨能力是有益的。溶于奧氏體中的硅可減少鉻的溶解量。因而，亞共晶高鉻鑄鐵含碳量較高時(shí)，共晶碳化物的含鉻量增加。這對(duì)于既有M7C3型碳化物，又有M3C型碳化物的高鉻鑄鐵來(lái)說(shuō)，將使M3C型碳化物增加。

選用含硅量較高的高鉻鑄鐵時(shí)，還應(yīng)注意的一個(gè)問(wèn)題是:硅會(huì)使材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度提高。特別是制造承受沖擊載荷的零件更應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)題。一般鉻系抗磨材料的含硅量是0.6% ～1.5%。

鎳不溶于碳化物，而無(wú)限固溶于鐵，有擴(kuò)大鐵的奧氏體相的作用，是穩(wěn)定的奧氏體的主要的合金元素。在高鉻鑄鐵中，它和銅有相似的作用，有助于降低合金的冷卻臨界冷卻速率，但同時(shí)也使Ms點(diǎn)降低，含鎳量越高，Ms點(diǎn)越低，含鎳量超過(guò)1.5%時(shí)，鑄態(tài)組織中過(guò)冷奧氏體的存在是難以避免的。鎳降低Ms點(diǎn)的作用弱于錳。鎳是比較稀貴的元素，應(yīng)該注意節(jié)約使用。一般為少量。

1.1.3 鑄造

本次實(shí)驗(yàn)所采用的高鉻鑄鐵的澆鑄溫度是1400℃，金相試塊大小為:10 mm×15 mm×20 mm，使用光學(xué)顯微鏡觀察金相。

圖1、2分別為放大400倍和100倍的鑄態(tài)的高鉻鑄鐵的金相圖。

從圖中可以看出，鑄態(tài)金屬是以?shī)W氏體為基體的，且碳化物是成網(wǎng)狀分布，這就使鑄鐵的耐磨性不會(huì)很高。當(dāng)碳化物含量較高時(shí)，碳化物呈(Fe，Cr)7C3型時(shí)，試樣具有體積凝固的特征。(Fe，Cr)7C3初生碳化物為相互交織的六角形桿狀。在萊氏體共晶中滲碳體是領(lǐng)先相。而在(Cr，F(xiàn)e)7C3型碳化物與奧氏體的共晶中，奧氏體是領(lǐng)先相。在奧氏體的本體上分布著纖細(xì)碳化物。在一個(gè)共晶晶區(qū)中，心部外面的圓形或六角形桿狀碳化物;心部外面為面板條狀;在晶區(qū)邊界上為較粗的六角形桿狀。通過(guò)以上現(xiàn)象可得，鑄態(tài)的高鉻鑄鐵的組織還不是十分理想，故還需要進(jìn)行熱處理。

1.2 熱處理工藝

一般來(lái)說(shuō)，提高高鉻鑄鐵抗磨能力的主要途徑是:在母體合金中添加合金元素;采取適宜的熱處理工藝;改善合金的成型方法。

高鉻鑄鐵是一種具有較好韌性的耐磨白口鐵，因?yàn)樗谀虝r(shí)形成(Cr，F(xiàn)e)7C3型碳化物，此外(Cr，F(xiàn)e)7C3的顯微硬度也比一般白口鐵中(Cr，F(xiàn)e)7C3型碳化物高得多。要充分發(fā)揮抗磨作用，就必須有堅(jiān)硬的基體作支撐，使之在磨損過(guò)程中不致剝落、斷裂、折斷。這就是說(shuō)高鉻鑄鐵的耐磨性在很大程度上是由金屬基體決定的。在金屬基體中，馬氏體是最堅(jiān)硬的，而馬氏體基體的硬度又隨其含碳量的不同而有很大差異，所以高鉻鑄鐵的耐磨性會(huì)因其顯微組織的差異而有很大的區(qū)別。

熱處理是使高鉻鑄鐵的基體成為馬氏體的必要手段。要獲得高耐磨性的馬氏體基體的高鉻鑄鐵，除考慮成分外，關(guān)鍵就在于熱處理工藝，而適宜的熱處理工藝的制訂則有賴于正確掌握材料的成分，淬火溫度，冷卻速度與組織性能之間的關(guān)系。

1.2.1 加熱速度

在加熱時(shí)，主要考慮鑄件中不產(chǎn)生過(guò)高應(yīng)力。如果鑄件在鑄造時(shí)已經(jīng)有了很大的內(nèi)應(yīng)力，熱處理加熱時(shí)又形成了很大的溫差應(yīng)力。兩個(gè)應(yīng)力疊加很容易造成開(kāi)裂。升溫速度沒(méi)有一定的規(guī)律可循，因?yàn)樗c鑄件的尺寸、重量、形狀復(fù)雜的程度及鑄態(tài)的組織(珠光體或奧氏體)有關(guān)。簡(jiǎn)單形狀的鑄件即使放入260℃的爐中也很少開(kāi)裂，鑄件的升溫速度可以高達(dá)100℃/h。

1.2.2 淬火溫度和保溫時(shí)間

隨著合金中含鉻量的增高，二次碳化物析出的溫度范圍向高溫方向移動(dòng)。故而合適的淬火溫度隨含鉻量而變。含15%Cr時(shí)，得到最大硬度的淬火溫度是 940～970℃，而含 20%Cr時(shí)，則為 960～1010℃。同時(shí)，淬火溫度與鑄件壁厚密切相關(guān)，壁越厚，淬火溫度愈高。保溫時(shí)間一般為2～4 h。厚壁鑄件的保溫時(shí)間要長(zhǎng)一些，鑄態(tài)組織為奧氏體時(shí)所需的時(shí)間更長(zhǎng)，可能要4～6 h;但鑄態(tài)組織為珠光體時(shí)所需時(shí)間可短些，只要3 h。在此可以看到，合金元素加入多時(shí)，使熱處理的時(shí)間增長(zhǎng)。

1.2.3 冷卻速度

在淬火溫度下保溫以后冷卻得不合適，往往是開(kāi)裂的最大原因。冷卻不合適往往由于對(duì)冷卻中的溫差應(yīng)力和低溫時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體的相變應(yīng)力估計(jì)不足?？焖俅慊鹬潦覝乇厝粚?dǎo)致開(kāi)裂。因此，一般說(shuō)來(lái)高鉻鑄鐵的淬透性要調(diào)解到能在空氣淬出馬氏體來(lái)。冷卻速度不能太快，不要使鑄件上薄的部分或者伸出的部分以比主體部分快得多的冷卻暗紅色以下。為避免這種情況的產(chǎn)生，通常采取一些方法:如把鑄件返回爐中，使之在550℃左右得到均勻化;又如在吹風(fēng)冷卻時(shí)，當(dāng)最薄處到達(dá)660℃以下時(shí)停止吹風(fēng)。這種開(kāi)裂從其位置上較容易辨認(rèn)出來(lái)，而且當(dāng)應(yīng)力模型逆轉(zhuǎn)，即厚的部分冷至暗紅色以下時(shí)，這種裂紋常常緊緊地閉合起來(lái)了。因此，550℃以下的緩冷是十分必要的，這可減少溫差應(yīng)力，而且使整個(gè)鑄件中的馬氏體轉(zhuǎn)變能均勻地進(jìn)行。

上述的應(yīng)力使鑄件在運(yùn)行中的韌性降低。高鉻鑄鐵是不大有辦法消除內(nèi)應(yīng)力的，除非重新加熱到紅熱的溫度，使之通過(guò)塑性變形來(lái)松弛內(nèi)應(yīng)力。但這樣做是不合適的，因?yàn)檫@使金屬基體部分地轉(zhuǎn)變成球狀的鐵素體-碳化物組織，以致硬度降低，耐磨性降低。

1.2.4 臨界處理

鑄件可以在淬火狀態(tài)使用。但淬火的組織中往往有殘留奧氏體。經(jīng)驗(yàn)指出，在反復(fù)沖擊的工況下，殘留奧氏體是材料剝落的原因之一。用250℃的低溫回火來(lái)改善韌性是從鋼上移植過(guò)來(lái)的，但對(duì)于使殘留奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變來(lái)說(shuō)，這個(gè)溫度太低了。因此當(dāng)高鉻鑄鐵應(yīng)用于反復(fù)沖擊的工況來(lái)說(shuō)，就要用高得多的回火溫度(450～525℃)。這樣的亞臨界熱處理可以減少殘余奧氏體，有時(shí)使硬度還有所提高。600℃回火當(dāng)然也可減少殘余奧氏體，但這與消除內(nèi)應(yīng)力一樣，600℃足以產(chǎn)生球狀鐵素體—碳化物組織，使硬度急劇下降。亞臨界熱處理對(duì)鑄態(tài)組織也是有效的，處理溫度與對(duì)熱處理態(tài)的相同，但保溫的時(shí)間需要更長(zhǎng)。

1.2.5 熱處理

對(duì)于需機(jī)加工的鑄件，加工前需經(jīng)退火處理。對(duì)無(wú)鎳、銅的高鉻鑄鐵可用相當(dāng)短的熱處理周期，如:奧氏體化后就爐冷至820℃，然后以一定速度冷卻到600℃以下，再慢冷至室溫。在700～750℃長(zhǎng)期燒透，也能顯著的軟化，但這樣生成的球狀珠光體相當(dāng)?shù)募?xì)，硬度比切削性最好的硬度稍高一些。

淬透性高的高鉻鑄鐵常需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期，如:在930～980℃奧氏體化，最少燒透1 h，以不超過(guò)60℃/h的冷卻速度爐冷到820℃;再以10～15℃/h的冷卻速度爐冷到700～720℃;在70～720℃燒透4～12h，最后爐冷或靜止在空氣中冷至室溫。

退火后的硬度約為HRC 36～43。根據(jù)以上分析本實(shí)驗(yàn)決定采用以下的熱處理工藝:取4塊相同的高鉻鑄鐵的小試樣，并且分別標(biāo)記1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)。(規(guī)格:10 mm×15 mm×20 mm)

對(duì)4個(gè)試塊同時(shí)進(jìn)行退火處理:960℃保溫2 h+760℃保溫3 h。然后按制定出的4種淬火、回火工藝(表1)，分別進(jìn)行熱處理。待小試塊冷卻后，對(duì)試樣進(jìn)行打磨，目的是除去由于在空氣中冷卻，金屬表面氧化所形成的氧化膜。測(cè)其硬度。然后將其制備成金相試樣，進(jìn)行觀察。

表1 試樣淬火及回火工藝

2 分析討論

2.1 金相分析:圖3～圖10為試樣淬火后金相圖。

由圖可以看出，高鉻鑄鐵在鑄態(tài)冷卻過(guò)程中，其基體相過(guò)飽和地溶解了合金元素及碳元素，而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在隨后的熱處理過(guò)程中，隨著加熱溫度的升高，碳及合金元素的擴(kuò)散能力逐漸增加，必然導(dǎo)致二次碳化物的析出。二次碳化物的析出，將使此時(shí)的奧氏體中的合金元素及碳元素含量降低，并且相應(yīng)地提高了開(kāi)始馬氏體轉(zhuǎn)變溫度及馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度，從而有利于在空淬過(guò)程中增加馬氏體數(shù)量和減少殘余奧氏體量。同時(shí)，合金元素的降低也導(dǎo)致白口鑄鐵的奧氏體轉(zhuǎn)變曲線的左移，即使其淬透性下降。

另一方面，當(dāng)加熱溫度超過(guò)其共析轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，隨著加熱溫度的升高，奧氏體中碳元素及合金元素的溶解度也隨之升高。當(dāng)?shù)竭_(dá)某一溫度后，溶解度大于奧氏體中的實(shí)際含量時(shí)，將導(dǎo)致已析出的二次碳化物重新溶入奧氏體，此時(shí)的奧氏體中合金元素及碳元素含量增高，從而導(dǎo)致白口鑄鐵的淬透性增高。

至于在熱處理的冷卻過(guò)程中，由于合金元素及碳元素在奧氏體中的溶解度減小，將有二次碳化物的析出，從而使此時(shí)的奧氏體中合金元素及碳元素含量降低。

二次碳化物的析出和溶入，改變了奧氏體中的合金元素及碳化物含量，影響奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線，及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的成分，因而對(duì)白口鑄鐵的熱處理過(guò)程起著支配作用。這也是白口鑄鐵熱處理的一個(gè)重要特點(diǎn)。

在加熱過(guò)程中的二次碳化物開(kāi)始析出溫度至共析轉(zhuǎn)變溫度之間，單純是二次碳化物的析出過(guò)程，并伴隨著聚集長(zhǎng)大。而在共析轉(zhuǎn)變溫度以上，則二次碳化物的析出和溶入這兩個(gè)過(guò)程就同時(shí)進(jìn)行。在共析轉(zhuǎn)變溫度至某一溫度之間，奧氏體仍處于過(guò)飽和狀態(tài)，二次碳化物的析出速度仍然超過(guò)其溶入速度，在此溫度區(qū)間內(nèi)加熱，仍然是以二次碳化物析出為主。而在某一溫度以上時(shí)，二次碳化物的溶入速度則要超過(guò)其析出速度，則在此溫度以上加熱時(shí)，是以二次碳化物溶入為主。

保溫過(guò)程是加熱過(guò)程的繼續(xù)，在此過(guò)程中二次碳化物是進(jìn)一步析出還是進(jìn)一步溶入主要取決于加熱過(guò)程的加熱溫度。如果加熱溫度處于二次碳化物析出為主的區(qū)間，則在此溫度下進(jìn)一步延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將促使二次碳化物進(jìn)一步析出和聚集長(zhǎng)大。如果加熱溫度處于二次碳化物溶入為主的區(qū)間，則在此溫度下進(jìn)一步延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將促使二次碳化物進(jìn)一步溶入本體。

在熱處理時(shí)的冷卻過(guò)程中，由于合金元素及碳元素在奧氏體中的溶解度減少，將有二次碳化物的析出。但冷卻速度的大小對(duì)二次碳化物的析出有決定性影響。在緩慢冷卻時(shí)，二次碳化物將充分析出。隨著冷卻速度的加快，二次碳化物的析出將逐漸受到抑制。

圖11～圖18為試樣淬火后金相圖。試樣回火后金相圖。

圖11 1號(hào)回火(400×)

由以上回火后的各相圖可以看出，高溫回火對(duì)高鉻鑄鐵的組織改變不大，這一點(diǎn)從其硬度上也可說(shuō)明。硬度基本上沒(méi)有變化。高鉻鑄鐵硬度之所以能在較高的回火溫度下基本不變，是由于基體中含有較高的鉻、鉬等合金元素，阻礙馬氏體分解形成碳化物及碳化物的聚集長(zhǎng)大;以及阻礙α－Fe再結(jié)晶，使α－Fe的馬氏體針形保持到較高的溫度。在1040℃淬火情形下，500℃回火時(shí)出現(xiàn)硬度的高峰，這一點(diǎn)已屬亞臨界熱處理的特性。至于溫度再升高時(shí)，則產(chǎn)生鐵素體－碳化物，硬度就急劇下降。

由于合金白口鑄鐵能在較高的回火溫度下，硬度基本上不變，故當(dāng)淬火后殘余奧氏體量較多時(shí)，或鑄態(tài)時(shí)得到了馬氏體與奧氏體的混合組織，則可用亞臨界熱處理(較高溫度的回火處理)在不產(chǎn)生鐵素體－碳化物組織的條件下減少殘余奧氏體量，提高硬度。若能在鑄態(tài)時(shí)獲得馬氏體與奧氏體的混合組織，再通過(guò)亞臨界熱處理得到所希望的基體組織及所需要之硬度，則能省去高溫?zé)崽幚砉ば颍@不僅降低了成本，并且避免了大型復(fù)雜件在高溫?zé)崽幚頃r(shí)的開(kāi)裂。

2.2 數(shù)據(jù)分析

高鉻鑄鐵小試塊經(jīng)退火和回火后，其硬度如表2(HBRVU—187.5型布洛維光學(xué)硬度機(jī))。

表2 退火和回火后各試樣硬度值(HRC)

通過(guò)熱處理后的硬度測(cè)定，我們可以看出，試樣3號(hào)經(jīng)過(guò)高溫淬火后硬度較其它試樣要低，其原因是組織中含有殘余奧氏體和不飽和或過(guò)飽和碳化物而使硬度降低。所以采用500℃高溫回火熱處理而使飽和和過(guò)飽和碳化物析出，再冷卻而分解。殘余奧氏體在次過(guò)程中亦可分解。故將其回火工藝確定如表3、表4。

表3 回火熱處理工藝

表4 回火后各試樣硬度值(HRC)

(續(xù)表4)

又通過(guò)回火后所測(cè)得的試樣硬度數(shù)據(jù)，我們可以看出，硬度值基本上沒(méi)有太大的變化，達(dá)到了預(yù)期的回火效果，消除了內(nèi)應(yīng)力。由4塊試樣的硬度值可以看出試樣1號(hào)和2號(hào)的硬度要高于其它2塊試樣，規(guī)律是表面硬度越高，相對(duì)耐磨性越好。所以，決定采用1號(hào)和2號(hào)試樣的熱處理工藝進(jìn)行濕磨損試驗(yàn)的試樣制備。

2.3 濕磨損試驗(yàn)分析

濕磨損試驗(yàn)參數(shù)如下:

MLS－23型橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī)

試樣:規(guī)格10 cm×20 cm×45 cm(鑄態(tài))

磨料:50 ～70目標(biāo)準(zhǔn)砂1.5 kg;水:940～1000 ml，兩者混和制成砂漿。

磨輪轉(zhuǎn)速:n=180 r/min 載荷:4 kg

預(yù)磨磨程:600 r

正式磨程:3000 r

1～2個(gè)磨程，每個(gè)磨程稱重1次。

預(yù)磨后質(zhì)量:133.14220 g

第一磨程后質(zhì)量:133.10970 g

第二磨程后質(zhì)量:133.04100 g

△ω1=0.03250 g

△ω2=0.06870 g

△ω的平均值=0.05195

ω－1=1/△ω =19.25/g

ε =△ω標(biāo)準(zhǔn)/△ω試樣=0.11052/0.05195=2.1

取2塊同樣規(guī)格的鑄態(tài)試樣，分別標(biāo)記a和b，進(jìn)行熱處理如表5。

表5 試樣a和b的熱處理工藝

然后進(jìn)行同樣參數(shù)的濕磨損實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表6。

表6 試樣a，b及16Mn鋼濕磨損試驗(yàn)結(jié)果 g

由以上數(shù)據(jù)，我們可以看出，經(jīng)過(guò)試樣a耐磨性要強(qiáng)于試樣b，這就說(shuō)明了表面宏觀硬度越高，相對(duì)耐磨性越好。所以，我們把最終的熱處理工藝確定為:先將試樣進(jìn)行950℃淬火，冷卻后再進(jìn)行300℃回火。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們可以看出經(jīng)950℃淬火，冷卻后再進(jìn)行300℃回火的高鉻鑄鐵的耐磨性要強(qiáng)于進(jìn)行其它熱處理工藝的試樣，更強(qiáng)于其鑄態(tài)本身。與堆焊得到的堆焊層相比，其耐磨性也要強(qiáng)于堆焊層。又從其價(jià)格性能比來(lái)看，單位質(zhì)量的高鉻鑄鐵的生產(chǎn)成本及價(jià)格是單位質(zhì)量的16 Mn鋼的2倍，其價(jià)格性能比為 2/8.7(=0.23)，故得出以下結(jié)論:

(1)高鉻鑄鐵的耐磨性要強(qiáng)于16Mn鋼。

(2)熱處理后高鉻鑄鐵的基體為奧氏體，且其耐磨性要強(qiáng)于其鑄態(tài)本身。

(3)最終確定的高鉻鑄鐵成分:22%Cr、2.7% ～3.0%C、3.5% ～4.0%Mn、0.5% ～0.6%Si、少量 Ni。

(4)其熱處理工藝最終確定

淬火:950℃保溫3 h，在空氣中冷卻。

回火:300℃保溫3 h，在空氣中冷卻。

這里保溫時(shí)間為3 h，是因?yàn)樵趯?shí)際工作中的工件要比實(shí)驗(yàn)用的試樣大得多，所以保溫時(shí)間要長(zhǎng)一些，目的是使其組織能夠充分轉(zhuǎn)變，達(dá)到熱處理的理想效果。