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介绍一下常见的高铬铸铁热处理强化方法

返回列表 来源:无锡市铸造厂 浏览:- 发布日期:2025-09-18 16:51:45【
高铬铸铁(通常指含铬量 12%-30%、含碳量 2%-4% 的铸铁)的优异耐磨性核心来源于其基体中均匀分布的M?C?型碳化物(硬度可达 HV1300-1800,远高于多数磨料硬度),但铸态下其组织常存在粗大碳化物、残余奥氏体及内应力,导致韧性不足或耐磨性未充分发挥。通过热处理可优化组织形态、调整基体类型,在保证一定韧性的前提下最大化耐磨性。以下是常见的高铬铸铁热处理强化方法,按工艺目的和应用场景分类说明:

一、基础型热处理:消除铸造缺陷,优化碳化物形态

此类工艺的核心是改善铸态组织的 “先天不足”,为后续强化奠定基础,主要包括退火处理

1. 消除应力退火(低温退火)

  • 工艺参数:加热温度 550-650℃,保温时间 2-6h(根据铸件厚度调整),随炉缓冷至 200℃以下出炉空冷。
  • 目的
    消除铸件在凝固过程中因温度梯度产生的铸造内应力,避免后续加工或使用中开裂;同时轻微改善基体塑性,不显著改变碳化物形态和硬度。
  • 适用场景:高铬铸铁铸件(如破碎机颚板、衬板)铸造后、机械加工前的预处理,或对硬度要求不高但需避免开裂的工况。

2. 完全退火(软化退火)

  • 工艺参数:加热温度 850-950℃(高于 Ac?,低于奥氏体化温度),保温 3-8h,随炉缓慢冷却(冷却速度≤50℃/h)至 600℃以下空冷。
  • 目的
    使铸态下的粗大碳化物轻微球化或细化,减少碳化物对基体的割裂作用;同时将部分马氏体 / 贝氏体基体转变为珠光体 + 铁素体,降低硬度(通常降至 HB250-350),便于后续机械加工(如钻孔、铣削)。
  • 注意事项:此工艺会暂时降低耐磨性,需配合后续强化处理(如淬火 + 回火)恢复或提升硬度。

二、强化型热处理:调整基体相,提升硬韧性匹配

此类工艺是高铬铸铁 “耐磨性最大化” 的核心,通过奥氏体化 + 淬火 + 回火的组合,将基体转变为高硬度的马氏体或贝氏体,同时抑制残余奥氏体,平衡硬韧性。

1. 马氏体化淬火 + 低温回火(主流强化工艺)

这是最常用的高铬铸铁强化方法,适用于磨料磨损剧烈、对硬度要求极高的场景(如破碎机锤头、输送管道内衬)。

  • 工艺步骤与参数
    1. 奥氏体化加热
      加热温度 950-1100℃(关键参数),保温 2-6h。
      • 温度过低:奥氏体中碳、铬溶解不足,后续淬火后基体硬度低;
      • 温度过高:晶粒粗大,碳化物过度溶解,导致韧性下降、开裂风险增加。
    2. 淬火冷却
      采用油冷或强制风冷(避免水冷,防止开裂),快速将铸件冷却至 Ms 点(马氏体转变开始温度,约 250-300℃)以下,使奥氏体转变为马氏体基体
    3. 低温回火
      加热温度 180-250℃,保温 2-4h,空冷。
      • 目的:消除淬火内应力,稳定马氏体组织,减少残余奥氏体(通常降至 5%-15%),避免使用中因残余奥氏体转变导致尺寸变形;同时略微提升韧性,硬度基本保持在 HRC60-65(核心目标)。
  • 组织与性能
    基体为马氏体 + 少量残余奥氏体,分布均匀的 M?C?碳化物(占比 20%-30%),耐磨性是铸态的 3-5 倍,且兼顾一定抗冲击性(避免脆断)。

2. 贝氏体等温淬火(韧性优先型强化)

当工况同时存在磨料磨损和中等冲击载荷(如装载机铲斗、颚式破碎机衬板)时,马氏体基体韧性不足易开裂,此时采用贝氏体等温淬火,在保证较高硬度的同时提升韧性。

  • 工艺步骤与参数
    1. 奥氏体化加热
      同马氏体淬火,温度 950-1050℃,保温 2-5h,确保碳、铬充分溶解。
    2. 贝氏体等温冷却
      将铸件快速冷却至贝氏体转变区(280-380℃) ,在盐浴炉或等温炉中保温 3-8h,使奥氏体恒温转变为下贝氏体基体(硬度高于上贝氏体,韧性优于马氏体)。
    3. 低温回火
      加热温度 200-280℃,保温 2-3h,空冷,进一步稳定贝氏体组织,消除内应力。
  • 组织与性能
    基体为下贝氏体 + 少量残余奥氏体,M?C?碳化物形态不变,硬度约 HRC55-60,韧性(冲击韧性 αk=15-30 J/cm²)比马氏体淬火态高 30%-50%,耐磨性虽略低于马氏体态,但抗冲击开裂能力显著提升。

3. 中温回火(特殊需求调整)

仅用于对尺寸稳定性要求极高的高铬铸铁件(如精密耐磨模具),工艺为:

  • 回火温度 300-400℃,保温 2-4h,空冷;
  • 目的:进一步减少残余奥氏体(降至 5% 以下),确保尺寸长期稳定,但会导致硬度下降至 HRC50-55,耐磨性相应降低,需谨慎使用。

三、特殊类型热处理:针对特定组织或缺陷

1. 碳化物细化处理(改善铸态粗大碳化物)

部分高铬铸铁(如高碳高铬铸铁,C≥3.5%)铸态下易形成网状或块状粗大碳化物,割裂基体,降低耐磨性和韧性。可通过 “高温固溶 + 快速冷却” 细化碳化物:

  • 工艺:加热至 1100-1150℃(超奥氏体化温度),保温 4-6h,使粗大碳化物部分溶解,随后快速冷却(风冷),析出细小的 M?C?碳化物;再配合常规淬火 + 回火,最终碳化物尺寸可从铸态的 5-10μm 降至 2-3μm,耐磨性提升 15%-20%。

2. 局部淬火(针对非均匀受力件)

对于部分区域需高硬度(耐磨)、部分区域需高韧性(抗冲击)的铸件(如破碎机转子锤盘),可采用局部感应加热淬火

  • 仅对耐磨工作面(如锤盘边缘)进行感应加热(900-1000℃),快速喷水冷却至马氏体态,非工作面保持退火态(HB250-300),实现 “局部强化、整体抗冲击” 的效果。

各类热处理工艺的性能对比

热处理工艺 基体组织 硬度(HRC) 冲击韧性(J/cm²) 适用工况 典型应用部件
铸态(未处理) 珠光体 + 铁素体 30-45 5-10 轻度磨损、无冲击 普通耐磨衬垫
完全退火 珠光体 + 铁素体 25-35 10-15 加工前预处理 待加工铸件
马氏体淬火 + 低温回火 马氏体 + 少量残奥 60-65 8-15 剧烈磨料磨损、低冲击 破碎机锤头、磨辊
贝氏体等温淬火 + 低温回火 下贝氏体 + 少量残奥 55-60 15-30 磨料磨损 + 中等冲击 颚板、铲斗斗齿
局部感应淬火 + 低温回火 局部马氏体 60-65(局部) 10-20(整体) 非均匀受力、局部耐磨 锤盘、输送管道接口

总结

高铬铸铁的热处理强化核心是 “优化碳化物形态 + 调整基体类型”:

  • 追求极致耐磨性:优先选择马氏体淬火 + 低温回火
  • 兼顾耐磨与抗冲击:选择贝氏体等温淬火
  • 需加工或消除应力:先进行退火处理
  • 局部耐磨需求:采用局部感应淬火

  • 实际应用中需结合铸件成分(如铬碳比 C/Cr)、工况(磨损类型、冲击载荷)及尺寸,调整热处理参数(如加热温度、保温时间、冷却速度),才能实现 “硬韧性平衡” 的最佳耐磨效果。
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