正火热处理低合金珠光体耐磨钢
WC一0.55%~0.9%的高碳铬锰钼钢,经正火和回火热处理可得到珠光体基体。铬锰钼
珠光体耐磨钢具有好的韧度和抗冲击疲劳性能,高的加工硬化能力;并因只含有较少的不昂
贵的合金元素且不需经过复杂的热处理而具有较低的生产成本。
高碳铬锰钼珠光体耐磨铸钢用于一定冲击载荷的磨料磨损工况,如E型磨煤机的空心
大磨球及球磨机衬板。较典型的牌号是ZG85Cr2MnM0,有代表性的高碳铬锰钼珠光体耐磨
铸钢的化学成分与力学性能见表3.108。
钼矿球磨机中不同耐磨钢衬板耐磨性对比试验见图3.127。从中可见,铬钼珠光体耐磨
钢衬板的使用寿命高于高锰钢,低于555~601HBW的铬钼马氏体耐磨钢衬板,即使珠光体 铸钢件的铸态组织决定于其化学成分和凝固结晶过程。一般来说,铸钢件易产生较严重
的枝晶及偏析,组织极不均匀,尤以高合金铸钢件更为明显。此外,由于铸钢件结构和壁厚
的差异,同一铸件的各部位往往有不同的组织结构、并残留相当大的内应力。因此,铸钢件
(尤其是合金铸钢件)一般都以热处理状态供货。
由于铸造组织的特点,铸钢件的热处理往往与化学成分类同的锻件或轧材不尽相同。铸
钢件热处理的特点如下。
①钢件的铸态组织中,常有粗大的枝晶及偏析。热处理时,其加热温度应稍高于类同
成分的锻钢件,其奥氏体化保温时间也要适当延长。
②一些合金铸钢件的铸态组织偏析严重。为消除其对铸件最终处理的影响,需予以均
匀化处理。
③铸钢件的形状复杂,壁厚相差大,必须考虑截面效应所导致的试样与实际铸件在组
织和性能上的差异。
④铸钢件凝固冷却后,各部位都有不同程度的铸造应力。
⑤铸钢件热处理时,必须根据其结构特点合理堆放,尽量避免铸件变形。
铸钢件的主要热处理方式有:退火、正火、均匀化处理、淬火、回火、固溶处理、沉淀
硬化、消除应力处理及除氢处理。各种热处理的主要特点及适用范围见表4.1。
4.2铸钢件的表面热处理
表面热处理包括表面淬火和化学热处理。常用的表面淬火工艺有感应加热淬火和火焰加
热淬火。其特点是只对铸件表面实行淬火处理,使之具有高的硬度,而心部则基本上保持原
来的组织和性能,不受其影响。化学热处理是通过改变铸件表层的成分和组织,达到改善铸
件耐磨或耐蚀等性能。
一般来说,铸钢件由于受形状、尺寸和表面粗糙度的限制,实行表面淬火和化学热处理
时需考虑的因素较多,故只在特殊条件下采用。
4.2.1 铸钢件的表面淬火
(1)感应加热表面淬火
该方法是利用磁感应原理和交流电的肌肤效应,使零件表面部分迅速加热到相变温度以
上,随后予以水冷或油冷,以获得所需的表面淬火组织。
感应加热具有加热快、保温时间短的特点,因而铸钢件原始组织对淬火的结果有很大的
影响。如铸件经淬火+回火处理所得索氏体组织或经正火所得细珠光体组织,均可在较低的
温度下迅速地转变为奥氏体和均匀化。这样经表面淬火后容易获得较薄的淬硬层。反之,如
铸钢原始组织粗大,奥氏体转变、碳化物的溶解及均匀化均需要较高的温度或较长的保温时
间,则铸件表面淬火时容易发生晶粒长大或得不到满意的结果。为此,铸钢件在实行感应表
面淬火前,必须经预处理(调质或正火)。
铸件表面感应加热淬火后均需回火,以减少淬火应力和降低脆性。回火方式有炉中回
火、感应加热回火和自回火等。自回火时应严格控制喷液冷却的时间,以便利用铸件内残留
的热量将淬火层重新加热到回火温度。
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(2)火焰加热表面淬火
其实质是利用高温火焰将工件表面迅速加热到临界点以上,随即水冷或油冷。其特点是
适于处理异形、大型工件(对铸钢件亦适用),此外其淬硬层较深,且可调范围宽(2~
8mm),过渡区硬度变化缓和。但铸件容易氧化,过热时尤为显著。
4.2.2铸钢件的化学热处理
铸钢件的化学热处理是将铸件置人含有渗入元素的介质中加热,通过渗入的活性原子被
铸件表面吸收及向金属内部扩散的方式,来改变铸件表面的成分和性能。因此,化学热处理
工艺常用于要求心部有良好的力学性能而表面要求耐磨、耐腐蚀和高的疲劳强度、抗咬合性
能的专用铸钢件。由于化学热处理是在铸件机加工后进行的,所以一般不作为铸件供货热处
理,且在生产中应用并不广泛。常用的化学热处理如下。
(1)渗碳
使铸件表面层包含碳的扩散处理工艺。铸钢件经渗碳后,可提高铸件表面硬度、耐磨性和疲
劳强度。一般用于轴、齿轮等铸件。根据渗碳剂分类,包括气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳。
渗碳工艺只限于含C0.2%以下的低合金钢铸件。为使渗碳后的铸件心部达到所规定的
力学性能,渗碳后铸件一般均应淬火和回火。
(2)渗氮(氮化)
使铸件表面氮富集饱和的热处理工艺。旨在提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗
咬合性以及改善抗大气腐蚀性能。其优点是渗氮温度低(550~600℃),铸件变形小。但处
理时间长,渗层脆性大。一般含有铝、铬、钒、钛、钼和钨等合金元素的中低合金钢、耐蚀
不锈钢和铸造热模具钢等均适合氮化处理。
为保证铸件心部具有必要的力学性能和金相组织,减少渗氮后变形,铸件在渗氮前需
进行预处理。通常的预处理是调质。调质的回火温度至少要比渗氮温度高l0℃。此外,
渗氮前还必须清除铸件表面的油污、锈斑和杂物。常用的简便清洗方法是将铸件浸入含
有Na2C03 10%的水溶液中,煮沸8~10min,然后用清水反复洗涤,洗后擦干。
常用的渗氮工艺有气体渗氮、液体渗氮、气体软氮化和离子渗氮等。
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