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球墨鑄鐵管生產(chǎn)

含0.6%鎳退火態(tài)球墨鑄鐵的特性

時(shí)間:2019-07-15

退火是球墨鑄鐵管生產(chǎn)中的必不可少的環(huán)節(jié),對(duì)球墨鑄鐵管的質(zhì)量產(chǎn)生著重要的影響。

1.0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵的組織和低溫韌性

0.6%Ni球墨鑄鐵鑄態(tài)顯微組織均為鐵素體+石墨球+少量珠光體組成,沒有自由滲碳體組織,采用低溫退火處理可提高鐵素體含量與合金元素的分布均勻性。而目前應(yīng)用的低溫退火處理工藝大多工藝復(fù)雜,周期長(zhǎng),生產(chǎn)率低,能源消耗大。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室用箱式電阻爐,通過對(duì)含0.6%Ni鑄態(tài)球墨鑄鐵進(jìn)行多次低溫退火熱處理工藝的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在隨爐加熱的過程中,當(dāng)爐溫達(dá)到600℃左右時(shí),珠光體已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變,隨爐升溫到760℃,零保溫,隨即分別以4.55.57.5/min的不同冷卻速度降溫到620后出爐,測(cè)定珠光體量,結(jié)果表明:按4.55.5/min冷速冷卻時(shí),珠光體全部消失,基體組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+石墨球,而以7.5/min冷速速度下,有15%左右的剩余珠光體。為此,試驗(yàn)采用加熱760,零保溫,隨即以5/min冷速降溫到620后出爐空冷的低溫退火處理工藝,對(duì)含0.6%Ni鑄態(tài)球墨鑄鐵進(jìn)行了低溫退火處理。

2.0.6%Ni退火態(tài)球鐵組織和沖擊斷口形貌

下圖所示是含0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵的顯微組織,珠光體全部消失,得到了全鐵素體基體組織,石墨球變得較為圓整,小石墨球略有長(zhǎng)大,球徑大小也更加均勻一致。

圖中所示是含0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵-60下沖擊斷口的SEM照片??梢姡瑳_擊斷口由大量河流花樣組成,解理裂紋沿著一定的結(jié)晶面,穿過相鄰的晶粒,斷口有許多細(xì)小的韌窩,這表明斷裂過程裂紋萌生和擴(kuò)展阻力變大,裂紋擴(kuò)展過程中存在著塑性撕裂行為,屬于韌性斷裂。

3.0.6%Ni退火態(tài)球鐵不同溫度下的沖擊功

0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵不同溫度下的沖擊功測(cè)試結(jié)果下表所示。可見,隨著試驗(yàn)溫度的降低,球墨鑄鐵的沖擊功均逐漸減小。

分析認(rèn)為,冷卻速度影響球墨鑄鐵的基體組織、石墨的大小和形狀,因而影響其韌性。當(dāng)冷卻速度較低時(shí),將使石墨和共晶團(tuán)尺寸增大、球徑加大、偏析嚴(yán)重,降低其韌性、塑性,特別是錳、磷等的偏析造成韌塑性降低;而當(dāng)冷卻速度過大時(shí),過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的過冷度愈大,珠光體與奧氏體之間的相變驅(qū)動(dòng)力也隨之增加,反而會(huì)抑制鐵素體的析出,促進(jìn)了珠光體的轉(zhuǎn)變。而冷卻速度為5/min時(shí),能夠促進(jìn)珠光體發(fā)生分解轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和石墨,從珠光體中析出的石墨也會(huì)產(chǎn)生固態(tài)擴(kuò)散而沉積到原石墨球表面;另外,球墨鑄鐵組織中存在1.8%2.0%Si元素,能夠促進(jìn)鐵素形成。而球墨鑄鐵退火處理時(shí),碳原子能夠充分?jǐn)U散,碳原子會(huì)聚集在石墨球表面,使得小石墨球略有長(zhǎng)大,石墨球也變得更圓整,球徑大小也更加均勻一致,石墨數(shù)量增多。另外,退火處理還提高了合金元素在基體中的分布均勻性,基體的固溶強(qiáng)化作用增強(qiáng),阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用亦增強(qiáng),促使材料的強(qiáng)韌性提高。

沖擊試驗(yàn)時(shí),首先在石墨/基體界面發(fā)生剝離,接著石墨周圍的鐵素體發(fā)生局部的塑性變形,形成微裂紋,但由于鐵素體具有優(yōu)良的塑性和韌性,容易鈍化而阻礙裂紋擴(kuò)張。而球墨鑄鐵的塑性變形是通過晶體內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和位錯(cuò)增殖來實(shí)現(xiàn)的,隨著溫度的降低,由于鐵素體呈體心立方結(jié)構(gòu),從塑性到脆性具有明顯的轉(zhuǎn)變,而鎳能夠細(xì)化基體中的鐵素體晶粒,增大球墨鑄鐵中原子的激活能和位錯(cuò)塞積前的彈性能,易使相鄰晶粒位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而松馳。

因此,含0.6%Ni球墨鑄鐵采用加熱760,零保溫,隨即以/min冷卻速度降溫到620后出爐空冷的低溫退火處理工藝,可得到全鐵素體基體組織,提高了合金元素在基體中的分布均勻性,沖擊試樣在-60下仍然屬于韌性斷裂,沖擊功仍高達(dá)13.2J,能夠滿足球墨鑄鐵管、球墨鑄鐵管件需求。

 


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