摘 要

由于高铬铸铁铸态组织存在脆性大，易开裂等问题，常常需要采用热处理等工艺，本实验探究了亚临界热处理高铬铸铁组织和性能的变化，实验中根据预期实验效果设置不同温度梯度的亚临界热处理的对照试验，通过金相观察和硬度测试研究热处理温度对高铬铸铁组织及性能的影响。观察发现高铬铸铁铸态组织存在奥氏体和碳化物的共晶体和初生碳化物，在亚临界热处理后奥氏体转变为马氏体，碳化物析出且形态发生变化，热处理后的组织中存在马氏体、残余奥氏体和二次碳化物。硬度由于内部存在奥氏体转变成马氏体提高合金硬度和马氏体显微硬度降低及碳化物聚合长大降低合金硬度两种机制共同发挥作用随温度不稳定变化，导致其硬度变化不规律。

关键词：高铬白口铸铁；亚临界热处理；显微组织；硬度

Abstract

Heat treatment process of high chromium cast iron is applying the friability and fissility of this alloy. The experiments do research in the changes of structure and properties of alloy which has been subcritical heat treated. By beforehand research, the experiments set controlled trials with different temperature gradient, and study the influence of structure and properties regarding subcritical heat treatment through metallographic observation and Hardness Test. Research shows the cast structure consists of eutecticum and primary carbides. Austenite turns into martensite, and carbides is precipitated after subcritical heat treatment,. The microstructure after treatment consists of martensite, retained austenite and secondary carbides, the hardness of alloy is affected by both degenerative and strengthen mechanisms, which respectively consist of transformation from austenite to martensite, and the degeneration of the microhardness of martensite as the growing of carbides. It causes the hardness show irregular changes with temperature.

Keyword: high chromium cast iron; subcritical heat treatment; microstructure; hardness

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 高铬铸铁 1

1.1.2 热处理 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 高铬铸铁组织 3

1.2.2 高铬铸铁淬火处理 4

1.2.3 高铬铸铁亚临界热处理 7

1.3 课题研究内容 8

第2章 实验方法 10

2.1 实验原材料及试样的制备 10

2.2实验路线 10

2.3实验热处理 10

2.4 金相组织观察 11

2.5 硬度实验 11

第3章 实验结果及分析 14

3.1 实验结果与对比 14

3.2 高铬铸铁亚临界处理性能分析 18

3.3 高铬铸铁亚临界热处理对组织及性能的影响 20

第4章 结论 21

4.1 实验结论 21

4.2 对高铬铸铁研究的展望 21

参考文献 22

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 高铬铸铁

高铬铸铁一般指的是含铬量在12%到28%之间的白口铸铁[^[1]]，由于其比之前的两代白口铸铁耐磨性能更好，成本也更经济，在现代工业当中广泛地运用于冶金，建材，电力，煤炭等行业。现代工业当中需要通过研究高铬铸铁的组织以及性能来拟定工业生产方案，因此探究高铬铸铁的适宜热处理温度范围区间有重要的现实意义。

虽然高铬铸铁的耐磨性能突出，但是在使用过程中存在脆性大，韧性差，易破碎等问题[^[2]]，所以在冲击较大的情况下不宜使用，这在一定程度上阻碍了高铬铸铁的推广使用，因此，如何使用热处理技术来提高高铬铸铁的综合性能是目前学界的重要研究方向，而且在高铬铸铁铸造成型之后，常常存在许多的物理缺陷，如壁厚不均匀，组织不均匀一致等，都需要使用热处理技术改良内部组织情况，才能达到使用要求。同时高铬铸铁虽然有良好的硬度，但是其塑性韧性都比较差，在使用时使用性能可能比较突出，但是加工比较困难，这对于制造精细零件或者精度要求比较高的零件都会大大增加加工成本。这时也需要采用合适的热处理工艺，降低生产的同时提高高铬铸铁的综合性能。亚临界热处理是高铬铸铁常用的一种热处理工艺，许多实验证明在经过亚临界热处理之后高铬铸铁的使用性能得到大大提高，同时改善了高铬铸铁的内部组织情况，相比于其他方法，亚临界热处理节约能源，同时容易操作。对高铬铸铁的实际运用已经说明[^[3]]，在保证不损害其耐磨性能的同时，亚临界热处理能够提高其综合性能以达到使用要求。

Gansan[^[4]]的实验中可以证明高温淬火（也就是去稳处理）可以明显提高高铬铸铁的组织情况和使用性能，但是高温淬火处理需要有精密的实验器材，和高温淬火相比，亚临界热处理对于高铬铸铁的组织改善能力虽然不够突出，但可以有效避免铸件的变形和开裂，同时降低生产成本，本次实验也通过验证高铬铸铁的亚临界热处理对其组织和性能的改善来探究亚临界热处理的优缺点。

1.1.2 热处理

经过多年研究，对于提高金属材料的强度已经获取了许多行之有效的办法，但是随着强度的不断增加，金属材料的塑性韧性往往会下降。在研究中发现热处理可以改善金属材料的性能，提高塑性韧性[^[5]]。热处理指的是把材料加热到相变温度使其产生相变，达到调整材料内部组织的效果的工艺方式。高温处理之后钢件产生相变，组织从铁素体、奥氏体或莱氏体等性能不好的成分转变成珠光体和马氏体等综合性能突出的成分[^[6]]。热处理目前广泛的应用于工业当中，形式也多种多样，有Q-P、Q-P-T和HOP等多种形式。对于热处理过程中的热力学也有深入研究，speer等人提出了CCE态热力学[^[7]]，研究了C从马氏体相奥氏体完成分配的全过程，对热处理中的亚平衡态和仲平衡态作了解释，对于研究热处理有很大帮助。

热处理在实际运用中，根据材料和热处理条件的不同分为退火处理、淬火处理、正火处理等[^[8]]，大多数热处理目的是为了消除加工硬化，提高材料的塑性韧性，也有像淬火处理这种可以提高材料强度的热处理方式[^[9]]。总的而言，热处理的出现和发展对于金属材料而言有很大意义，可以说在金属的加工工艺中热处理是必不可少的一环。