硼对CADI组织及性能的影响.pdf

·1208·铸 造FOUNDRYDec．2014V01．63 N0．12硼对CADl组织及性能的影响公永建1，邓想1，孙玉福2(1．河南机电高等专科学校材料工程系，河南新乡453003；2．郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州450002)摘要：研究了不同硼含量对含碳化物等温淬火球墨铸铁(cADI)的组织、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明：cADI铸态组织为石墨球、珠光体和碳化物，且石墨球的圆整度随硼含量的增加而逐渐降低。经960℃高温预处理7 min、900℃奥氏体化保温90 min、280℃等温淬火保温90 min后，组织由针状铁素体、残余奥氏体、石墨球和一定数量的碳化物组成，且针状铁素体随硼含量的增加而数量有所增多，晶粒变得细小。随着硼含量的增加，cADI的硬度逐渐增加，冲击韧度逐渐降低，磨损率减小，耐磨性逐渐提高。当硼含量为0．050％时，硬度为HRc 55．7，冲击韧度为9．1 J／cm2，磨损率为o．206 m∥m，综合性能达到最佳。关键词：cADI；硼；碳化物；硬度；冲击韧度；耐磨性中图分类号：TG255 文献标识码：A 文章编号：1001—4977(2014)12—1208—04E仟eCtS Of BOrOn On MiCrOStrUCtureS and PrOpertieS Of CADIGONG Yong-jianl，DENG Xian91，SUN Yu-m2(1．Depanment of Materials Engineering，Henan Mechanical and Electrical Engineering C01lege，Xinxiang 453002，Henan，China；2．College of Materials Science and Engineering，Zhengzhou UniVersity，Zhengzhou 450002，Henan，China)Abs缸act： The efrects of difrerent boron contents on microstmcture and propenies of carbide austemperedductile iron (C久DI) were researche d．The results show the microstructure ofas—cast is composed ofspheroidal伊aphite，pearlite and carbide，and me roundness of spheroidal伊印hite铲adually reduces with the increase ofboron content．ARer treated at 960℃for 7 min，and austenited at 900℃for 90 min and austempered at 280℃for 90 min，the microstmcture is composed of spheroidal灯aphite，needle一1ike ferrite，retained austenite andcarbide．and the mount of the needle—like ferrite increases with the increase of boron content and the E叮ainsbecome finer．The increasing boron content lead to RockweU hardness increased，but lead to the decline ofimpact toughness．The wear rate of the sample decreased’wear resistance increased．The sample containing0．050％boron has the best combination propenies．Its hardIless is HRC55．7 impact tou曲ness is 9．1 J／cm2 andwear rate is 0．206 m∥m．Key words：CADI：boron；carbide：hardness：impact toughness：wear resistance含碳化物等温淬火球墨铸铁(carbidicAustempered Ductile Iron，简称CADI)是在ADI的基础上发展起来的一种新型抗磨球铁，其组织由石墨球、针状铁素体、残余奥氏体和一定数量的碳化物组成。由于基体组织中存在一定数量的碳化物，CADI比ADI的耐磨性能更好。除此之外，CADI还继承了ADI的强度高、冲击韧性好的特点，因此，cADI在农机、冶金矿山机械等行业得到广泛应用旧]。近年来，国内学者多通过添加cr、V等合金元素形成一定数量的碳化物来提高CADI硬度和耐磨性M，关于硼对CADI的组织及性能的影响研究较少。本试验以cADI为研究对象，通过添加不同数量的硼来研究硼对cADI组织及性能的影响，为cADI的实际应用提供一定的参考。1 试样制备试验原料按照合金元素吸收率不同进行配比后投入中频感应电炉中熔炼，呋喃树脂砂造型，铁液的出炉温度为1 480～1 520℃；采用冲人法进行球化处理，球化剂使用FesiM98RE3，加入量为1．6％，球化温度控制在1 490～l 520℃；采用包底孕育法进行孕育处理，孕育剂使用Fesi75，加入量为1．3％；浇注含硼量分别为0．029％、0．045％、0．065％的Y型试块(GB／T 24733—2009)，浇注温度为1 360～l 420℃，从Y型试块底部取尺寸为40 mm×25 mm×180 mm的试样进行热处理。将试样采用箱式电阻炉加热，在960℃进行高温预处理，保温7 min，接着在900℃奥氏体化处理，保温90 min，然后在280℃盐浴炉(淬火介质为50％收稿日期：2014_08—18收到初稿，2014_09-02收到修订稿。作者简介：公永建(1980一)，男，硕i二，讲师，主要从事新型耐磨材料的研究。E-mail：gyjian@163．com万方数据铸造 公永建等：硼对CADI组织及性能的影响 ·1209·KN03+50％NaNo，)中保温90 min后空冷。冲击试样及磨损试样均从热处理后的试块上用线切割截取，无缺口冲击试样尺寸为lo mm×10 mm×55 mm，磨损试样的尺寸为垂5 mm×15 mm，磨损试验使用的是ML—100型磨料磨损试验机。2试验结果及分析2．1成分分析结果首先对试样进行白口化处理，用光谱仪分析白口试样，得到试样化学成分如表1所示。表l CADI化学成分Table 1 The chemical c咖posi缅n of CADI∥揣2．2硼对CADl组织的影响2．2．1 硼对铸态组织的影响图1是不同硼含量铸态试样的石墨形态。从图l中可以看出，随着硼含量的增加，石墨球数量逐渐减少，但半径逐渐增大，其圆整度逐渐降低，在34试样中甚至出现了非球状石墨，球化等级由l～2级降到3~4级。这是因为硼元素是干扰球化的元素，在共晶凝固后期时，铁液中较高的硼浓度阻碍了石墨以球状结晶，甚至导致非球状石墨的出现。图2是不同硼含量铸态试样的金相组织，从图2中可以看出，CADI铸态组织由石墨球、珠光体、一定数量碳化物和极少量的铁素体组成。随着硼含量的增加，组织中珠光体的数量变化不大(从95％增加到98％)，试样含O O二90bB而碳化物的数量增加比较明显，从15％增加到35％。这是因为硼在铁素体中的溶解度极低，大量无法溶解的硼聚集在晶界上与碳形成硼碳化合物，随着硼加入量的增加而增多。而由于锰和铬元素的存在，硼对珠光体的作用显得不是很明显，只是在一定程度上细化了珠光体。2．2．2硼对热处理后组织的影响图3是不同硼含量试样热处理后的组织金相图，由图3可以看出，经热处理后，基体中的珠光体消失，组织由针状铁素体、残余奥氏体、石墨球和一定数量的碳化物组成。随着硼含量的增加，针状铁素体的数量有所增多，并且其晶粒在一定程度上变得细小。这是因为在奥氏体等温转变过程中，铸态下形成弥散的硼(b)22试f}禽O 0500自B斟1铸态试样的fi桊形态Fig l Graphltc morph0109ies of as—cast samples(b)25试样禽O 05()％B图2铸念试佯金丰|㈦l织斟Fig 2 Miclostruct LIrcs ofas·casI salnples．．，，．。坐●-。◆』．．-●．，．≯：，．一●．r亡．●。吁0一●．．●未，．一I矽一。．，_。●一．●¨0．●：．坐．．．◆、◆．．．些◆L，。I一．．tJ，．◆◆●．，，l气．一p◆Xz．．1◆：_◆．◆●，◆．．．．：0¨“7．+0竖_．，乎?■．■。F．．．0，～．．墨+一．■。哆万方数据FOUNDRYDec．2014V0l-63 N0．12碳化物能够为铁素体形核提供形核核心，铁素体则在硼化物核心的基础上长大，硼碳化物数量越多，则晶粒越细小，另一方面，由于硼碳化物偏析于晶界上，降低了晶界能，一定程度上阻碍了针状铁素体的自发形核。因此，硼的细化晶粒的作用为二者的综合作用的结果M。{a)1城ft舍0IJ二叭．B (b)二试样等0 0j叭，B (c)¨式洋含(1I)6”。B俐3热处理肝的组织金桐图Fig．3 MicrostrLlctures ofsamples afIer heat tI℃a仃rlent将含硼量o．067％的热处理态试样进行铜靶扫描， 比较少，作用不太明显。2萨10。～100。，得到x射线衍射图谱，如图4所示。 随着硼含量的增加，cADI的冲击韧度值一开始降2 F，L。，图4 x射线衍射分析Fig．4)(ItD panem通过图4的分析可知，含硼量0．067％的热处理态试样的基体组织主要是针状铁素体、残余奥氏体和一定数量的碳化物组成，其中硼以Fe2B和Fe∞(c，B)‘年在，碳化物以(Cr，Fe)7C，和(Fe，Mn)，C形式存在。2．2．3硼对cADI硬度和冲击韧度的影响经热处理后不同硼含量试样的硬度和冲击韧度结果见表2。表2不同含硼量CADI的力学性能Table 2 The mechaIlicaI propenies of CADI诵thdi仃erent B additio璐由表2可以看出，随着硼含量的增加，CADI的硬度从HRC54．8逐渐升高到HRc 56．1，变化幅度并不是很大。这是由于硼可以降低临界冷却速度，显著提高淬透性，使奥氏体尽可能多的转变成针状铁素体，残余奥氏体变少，使硬度升高，另一方面，如前所述硼可以细化晶粒，起到细晶强化的作用。但是硼的含量低很快，到0．050％后降低幅度减缓。这是由于随着硼含量增加，石墨球的圆整度降低，甚至出现了非球状石墨，非球状石墨的尖角使得冲击韧度降低罔。另一方面，上述影响硬度的两个原因，也导致冲击韧度降低。2．2．4硼对CADI耐磨性的影响材料的耐磨性是指在一定外部工作条件下材料耐磨损的特性，可以用磨损率来表示。本次试验使用的是ML一100型磨料磨损试验机，各试样的磨损率见表3所示。表3磨损试验结果Table 3 The wear reslllts of s棚ples硼含量／％ 磨损率／(mg·m。1)O．029O．0500．0670．2180．2060．191由表3可以看出，cADI的耐磨性随着硼含量的增加而增加，总体来说cADI具有良好的耐磨性。随着硼含量增大，碳化物含量也在增大，另外cADI的基体中含有一部分可在外力下转变成马氏体的残余奥氏体，使材料具有较高的耐磨性。各组热处理态试样耐磨性测试后的磨损形貌sEM分析如图5所示。由图5可以看出，当硼含量为0．029％时，犁沟较深，磨损表面产生了少量的金属粘着，物料的去除方式为微观切削和微观剥落。这是因为此时的碳化物数量较少，硬度相对较低，导致了耐磨性相对较低。当硼含量增加时，组织中的碳化物数量增多，硬度逐渐上升，耐磨性则有所提高。当硼含量为o．050％时，犁沟变浅，磨损表面的金属粘着现象不太明显。当硼含量为0．067％时，磨损表面主要是深度较浅的犁沟，此时cADI的硬度最高，耐磨性最好。万方数据铸造 公永建等：硼对CADI组织及性能的影响、…C、j }{ h ：．I、#{，flJ lIj…一f3 L 、；： ¨ ÷l_…、一“”B二j 矗^㈠uJ瘩扛{j三；誊0Fig．5 wear morpholo垂es ofthe samples能的影响[J]铸造，2008，28(3)：380．3 结论 【2]PengYc，JinH J，Liu JH，et aI．Innuence ofcoolingmte onthe(1)cADI铸态组织由石墨球、珠光体、一定数量austempered ductile‘im：(cADI)[J]Mate砌s ch啪cteriZati on’碳化物和极少量的铁素体组成。随着硼含量的增加， ，。．，。，．s3一，8石墨球数量逐渐减少，圆整度逐渐降低，基体中珠光 【3】马永华，孙玉福，赵靖宇，等．钒对含碳化物等温淬火球墨铸铁体数量变化不大，片层间距逐渐减小，碳化物的数量 组织及陛能的影响【J】铸造，20ll，60(8)：779—783．增加明显。 [4】张婷，孙玉福，赵靖宇，等．铬对cADl组织及性能的影响[J】铸(2)试样经过960℃进行高温预处理保温7 min+ 造，2009，58(11)：1154—1157·900℃奥氏体化保温90min+280℃保温90min，空冷处 [5]Lain。8’8ik。ralA'D。mmarc。Rc·D“。1叩m。m。‘w。8。re8加m理后，组织由针状铁素体、残余奥氏体、石墨球及一 ：驾i妣8u8。。mp。咖．du。‘i1。im“‘cADl)【31·w。盯，2008，265：定数量的碳化物组成。随着硼含量的增加，组织中碳 [6】Liu Ying，Li Bin曲ong，Li Jun，et a1．E仃ect oftitaIlium on the化物的数量增加，针状铁素体数量增加且晶粒变得细 ductiliZation of Fe．B alloys with hi曲boron content[J】Mate“als小，cADI的硬度逐渐增加，冲击韧度逐渐降低，磨损 Leners，2叭o，64：1299一1301．率减小，耐磨性逐渐提高。当硼含量为o．050％时，硬 [7]饶光斌，刘奎，韩恩厚，等．硼化物细化^y-TiAl基合金晶粒的机度为HRc 55．7，冲击韧度为9．1 J／cm2，磨损率为 制【J】中国有色金属学报，2004，14(s1)：265—27l·眈‰咖，综合僦达到最佳。 隅1篙嚣象嚣?瓣鬻景紫髓参考文献：…高颂，刘金海，李国禄，等．等温淬火温度对cADI组织与力学性 (编辑：刘冬梅，ldm@foundryworld．com)r++”+“+“。+。”一一一“一”+”+“+“‘+。+++。+。++”++’+++‘++”。+++’+。+++。+。+。j++{ 风暴过后的铸造生铁市场 i； ；÷ 万众瞩目的北京APEc会议结束。而我国大部÷分的铸造厂的停炉让人们不由得把目光集中在环保；上，近两日河北主流铸造都暂停对外报价，铁厂亦!货源惜售。j 环保过后的铸造价格，尤其是铸造生铁的价} 格，11月2日起山东就陆陆续续有铁厂开始停炉检÷修，截止到目前，停产的主流铁厂共计10家左右，；其中影响生铁产量共计1．29万吨，涉及流通的生铁j量6 900～7 900t(其中有一家日产量6 000t的铁厂，j其90％～95％的铁厂自用)，约占山东流通生铁总量÷ 的60％～65％。同时粗统的山东19家球铸铁厂家开；工率降至47．76％，继续打破今年新低。同时山西、j河南、河北等多数铁厂也均有5～lo日的检修，分别j 影响当地生铁日总供应量的30％～50％。另外正是势拉涨30～50元／t，目前多数铁厂以消化库存和主接订单为主。反观需求情况，受环保和资金等影响，今年下游铸件企业开工率较往年至少下降2～3成。特别是在近期市场资源偏紧的情况下，下游需求并无实质放量，需求跟进明显不足无法支撑铁价拉涨。综合来看，环保潮褪去后的铸造生铁市场仍不乐观，除供应增加和需求低迷的矛盾外，原料矿石持续趋弱也是制约铁价的因素之一。铁厂方面建议在货少的这段时间内趁势出货，在铁厂集中开炉后合理安排排产。贸易商和下游铸件企业方面则建议货少这段时间按需采购，不要盲目备货；在铁厂集中开炉后，根据行情择机备货。(来源：中国铁合金网)÷ 铁厂集中检修使得生铁资源偏紧，部分低价资源趁 ÷÷ jk．+-+-+-+-+-+-+-+-+一+-+一+-+-+-+_+_¨-+-+_+-+-+-+-+·+-+-+-+-+-+_+-+++-+-+一+-+一+一+*+-+_+一+-+一+H+H+-+_+*¨-+．．』万方数据