获得贝氏体球铁控制冷却过程研究

基金项目：云南省科技预攻关项目（!"#$%）；收稿日期：&$$’#’’#$(。 作者简介：蒋业华（’!)(*），男，安徽巢湖人，西安交通大学博士后，昆明理工大学副教授。研究方向：耐磨材料及复合材料。 获得贝氏体球铁控制冷却过程研究 蒋业华’，&，周 荣&，卢德宏&，邢建东’ （’+西安交通大学机械学院，陕西 西安,’$$%!；&+昆明理工大学机械学院，云南 昆明)"$$!-） 摘要：测定控制冷却贝氏体球墨铸铁...曲线和磨球冷却速度及温度分布发现：控制冷却贝氏体复相球铁...图存 在贝氏体区，与珠光体区分离；控制冷却比浸入式水淬具有均匀的冷却速度和温度分布，高温阶段可避开珠光体区， 低温阶段形成类似等温条件，缓慢通过贝氏体区。 关键词：控制冷却；贝氏体；球墨铸铁 中图分类号：./’")+!；./&"" 文献标识码：0 文章编号：’$$’#%!,,（&$$&）$’#$$’"#$- !"#$%&&’()*+#,-#.("#//%*-##/0.1(#2%(340.0(%54("06#,7)$(0/%8"#. 98:;2<%=>)4’，&，?@ABC#.1&，DB7%=>#.1&，E8;2904.=*#.1’ （’+54$>0.%-#//%1%，E0’4.904#(#.1B.0F%"&0(+，E0’4.,’$$%!，’>4.60，->0.4；&+54$>0.%-#//%1%， G).H0.1B.0F%"&0(+#,’$0%.$%4.*I%$>.#/#1+，G).H0.1)"$$!-，<)..4.，->0.4） :J&("4$(：8.(>%K"%&%.(K4K%"，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：$#.("#/%*$##/0.1；J40.0(%；*)$(0/%0"#. 贝氏体#马氏体复相组织有优良综合力学性能， 贝氏体尤其是下贝氏体硬度高、强韧性配合好，是抗 磨料磨损较理想的组织，也是近年来耐磨材料研究领 域的研究热点〔’〕。目前，有关贝氏体复相球铁的研 究主要集中于合金化 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，即通过加一定量合金元素 12、34、56等，在空冷条件下获得贝氏体#马氏体 复相组织，这与传统等温淬火工艺相比，具有节约能 源、缩短周期、减少污染等优点〔&〕，但存在大断面 淬透性不足，合金元素加入易形成碳化物，成本高等 缺点。笔者借鉴钢材的控制轧制技术，利用云南高 17低8、9生铁资源，以84、17为主合金化元素， 成分范围（:）：-+%!-+(5，&+%!&+(84，-+$! -+"17，8、9!$+$)，采用控制冷却工艺获得贝氏 体组织，成功开发出球磨机衬板、磨球、锤头、分级 机叶片等抗磨料磨损铸件，性能价格比较高，取得较 好经济及社会效益〔-，%〕。在测定控制贝氏体复相球铁 ...曲线基础上，对控制冷却热处理过程进行了研 究，为控制冷却工艺可行性确定了理论数据，可更好 地自动控制冷却过程。 ! 试验条件及方法 ...曲线测定用日本松下;2<=>?@A<#;型全自动 相变记录仪，在生产现场中频炉中，用!)==石英 玻璃管抽取金属液制备试样，试样经高温退火均匀化 处理，再加工成!-==B’$==，中心钻!&==B &==孔，热电偶焊在孔中，控制冷却过程采用空冷、 风冷、水淬及喷淋冷却方式，并进行比较。测定方 法：将退火后的磨球钻!"==孔至规定深度，装入 焊好的热电偶，绝缘后用填料封口，冷却曲线用C#D 函数记录仪记录，用E.-,电子电位差仪对测温系统 进行核定。 " 试验结果及 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 "#! ...曲线 从...曲线（图）可知珠光体孕育期约-=47， 为控制冷却时躲开珠光体区提供了可能，珠光体与贝 氏体转变区分开且贝氏体区较宽，为控制冷却控制进 入贝氏体转变区提供了较宽的温度间隔。 "#" 高温冷却阶段的磨球冷却速度 控制冷却工艺分两阶段，一是从奥氏体化温度到 中温转变前（($$F!%$$F），称高温冷却阶段；二 是从中温转变开始贝氏体、马氏体转变基本完成，温 度范围约%$$F!室温，为低温保温阶段。在高温冷却 阶段，关键是能在)"$F!%$$F珠光体转变区域获得 ·"’· Q#/RST ;#RT 94.MUVVU 铸 造 WAB;7C< 较大冷却速度，防止珠光体转变；低温冷却阶段关键 是充分利用铸件余热，营造类等温环境，使工件以较 小冷却速度通过贝氏体、马氏体转变区，在较长时间 内发生贝氏体和马氏体转变，获得贝氏体／马氏体复相 组织。高温冷却阶段要躲开珠光体转变区，故将控制 冷却中高温冷却阶段（喷淋冷却）与浸入式淬火（水 淬）比较，找出优点。测定单根冲击试样及!!"## 铸球试样在空气中的冷却曲线；从冷却曲线中获得了 在不同温度区间冷却时铸件的冷却速度（见表$）。 图 %%%曲线 &’() %%%*+,-. 表! 空气中冷却速度测定值 "#$%&! ’&#()*&++#,#-./--%012(3&&+01#0* 温度区间 ／/ 0"##10"##1$$"## 试样空冷／（/·23$） !!"##球心部 空冷／（/·23$）风冷／（/·23$） 4""!!"" 5)67 ")87 $)8 !""!9"" 0)45 ")57 $)" 9""!8"" $)40 ")54 ")57 8""!7"" $)09 ")55 ")7 7""!5"" $)$8 ")07 ")56 5""!6"" ")80 ")$7 ")6$ 6""!0"" ")00 ")"5 ")$ 由表$可见，在高温区空冷、风冷，冷却速度较 大，在中温，特别是5""/以下时，冷却速度显著降 低。测定空冷、风冷冷却速度，是为设计控制冷却工 艺提供基础。控制冷却，高、中温阶段应采取喷淋， 低温阶段保温，在此阶段冷速应小于空气中冷却速 度。在")$8:;<、")$":;<水压下喷淋冷却和水淬 冷却时，!$""##磨球表面、近表面、心部在不同 处理状态的平均冷却速度见表0、表6、表5。比较 该6表可见，喷淋冷却时，无论在磨球什么位置，在 高温、中温、低温冷却速度变化与水淬相比较缓慢。 水淬，4""/!8""/时，表面冷却速度极快，尤其在 4""/!!""/可达07)8/／2。喷淋，4""/!8""/ 时，冷却速度比水淬时要慢，")$8:;<水压时约为 $0/／2；")$":;<时，约$$/／2。这样喷淋在从奥氏 体化至珠光体转变前冷却速度与水淬相比降低后，可 大大降低淬火热应力。在中温区（8""!5""/），喷 淋水 压 在 ")$8:;< 时，冷 却 速 度 约 4)8/／2， ")$":;<时，约!)0/／2，此时水淬平均冷却速度约 4)7/／2。相比可知，在8""!5""/阶段需快冷，喷 淋表面冷却速度与水淬相近，水压较大时可超过水 淬，实现快冷，以通过过冷奥氏体不稳定区，避免珠 光体或上贝氏体转变。用!0"##银球测试时，喷淋 可在87"!5""/区较方便获得0"/／2以上的冷速， 水淬不能实现〔7〕。可见，喷淋冷却从奥氏体化到珠 光体转变前冷却速度相对缓慢，在珠光体转变区域冷 速快，能使工件冷却时按理想淬火冷却曲线进行。 表4 !!5566磨球控制冷却处理（水压57!8’9#）平均冷速 "#$%&4 :;&*#2&/--%012(3&&+-.2*01+012$#%%<0,=#+0#6&,&* !!5566)1+&*#<#,&*3*&(()*&57!8’9# 温度区间 ／/ 表面处 ／（/·23$） 距表面6"##处 ／（/·23$） 距表面7"##处 ／（/·23$） 4""!!"" $0)79 $0)7 $$)9! !""!9"" $0)" $$)! $$)8 9""!8"" $0)7 $$ $")7 8""!7"" $$)9 $")0! $")5 7""!5"" 9)84 9)67 9)0 5""!6"" 9)5 8)$! 7)7 6""!0"" 8)07 7)6 5)8 表> !!5566磨球控制冷却处理（水压57!5’9#）平均冷速 "#$%&> :;&*#2&/--%012(3&&+-.2*01+012$#%%<0,=#+0#6&,&* !!5566)1+&*#<#,&*3*&(()*&57!5’9# 温度区间 ／/ 表面处 ／（/·23$） 距表面6"##处 ／（/·23$） 距表面7"##处 ／（/·23$） 4""!!"" $$)6" $$ $")08 !""!9"" $")66 $")$8 4)4! 9""!8"" 4)9 4)04 !)$9 8""!7"" 4)" !)9$ ! 7""!5"" 9)66 8)!8 8)65 5""!6"" 8)!$ 7)95 7)$ 6""!0"" 7)77 7)9" 5)0 表? !!55磨球水淬平均冷却速度 "#$%&? :;&*#2&/--%012(3&&+-.@)&1/=&+!!55$#%% 温度区间 ／/ 表面处 ／（/·23$） 距表面6"##处 ／（/·23$） 距表面7"##处 ／（/·23$） 4""!!"" 07)8 $7)0 !)!9 !""!9"" $8)89 $")7 9)78 9""!8"" $7)0 !)$5 7)08 8""!7"" $")! 8)9 7)78 7""!5"" !)66 7)$0 5)$! 5""!6"" !)66 6)! 0)99 6""!0"" 9)0 6)" 0)$8 比较水淬、控制冷却时磨球表面、近表面、心部 的冷却速度，可发现控制喷淋冷却时表面、近表面、 心部的冷却速度变化较小，水淬则变化较大。尤其在 4""!!""/区间，心部与表面的冷却速度相比只有表 ·8$· !"#$%&&% ’()*+,- ./0123 */13 面的!／"。而喷淋冷却时，在#$$!%$$& 区间 $’!$()*时，表面与心部冷却速度相差!’$+&／,。 磨球热处理时不同位置随时间变化的温度场测定结果 见表-、表.、表/。在喷淋时随时间的变化，心部 与表面温度相差不大。在$’!.()*水压下，-$,时， 表面与心部相差0%&，.$,时，表面与心部相差 "0&；$’!()*时稍大一点分别为"#&和+-&。可 见，喷淋时温度场分布较均匀，且随水压增加，分布 更均匀。水淬时，-$,时，表面与心部差0."&。温 度场分布极不均匀。喷淋冷却可大大降低热处理过程 中产生的热应力和组织应力，工件不易开裂；还可保 证组织转变均匀性。从心部至表面具有较均匀的冷却 速度和温度场，为控制冷却提供依据。如停止喷淋时 表面为"$$&，此时心部也约为""$&，均处于下贝 氏体转变区，这样控制冷却可获得贝氏体组织；水淬 时则不可能。喷淋冷却从心部至表面冷速均匀，在同 材质工件情况下，可获比浸入式淬火更深的淬透层。 表! !"##$$球控制冷却（水压#%"&’()）不同位置的温度场 *)+,-! *-$.-/)01/-2340/3+1035636!"##$$+),,73089560/5,,-2 955,36:162-/)7)0-/./-441/-#%"&’() ／; 位置 距开始喷淋处理的时间 !$, 0$, "$, +$, -$, .$, /$, 表面 //- .-" -"" ++- ".# "$% 0"/ "$11处 /// ..! --+ +.. "#" ""! 0/+ -$11处 /%0 ..# -.- +/" "#/ "+$ 0#$ 表& !"##$$球控制冷却（水压#%"#’()）不同位置的温度场 *)+,-& *-$.-/)01/-2340/3+1035636!"##$$+),,73089560/5,,-2 955,36:162-/)7)0-/./-441/-#%"#’() ／; 位置 距开始喷淋处理的时间 !$, 0$, "$, +$, -$, .$, /$, 表面 /%% .%- -%# +#% +0- "-- 0%# "$11处 /#$ .%# -#/ -$% +"% "#! ""+ -$11处 /#/ .#/ .!. -"- +.+ +$$ "+# 表< !"##$$球水淬不同位置的温度场 *)+,-< *-$.-/)01/-2340/3+103565=7)0-/>1-698-2+),,7308 !"##$$23)$-0-/ ／; 位置 距淬入水中的时间 !$, 0$, "$, +$, -$, .$, /$, 表面 .## -.0 +.+’- "%! "$$ 00. 2 "$11处 /." ..% -%# -00 +.- +!+ "/0 -$11处 %!! /"+ ./! .!% -." -$% +. 上述比较还可看出，不同压力下控制喷淋冷却 时，冷却速度与温度场分布不一样，水压大时，心 部、表面冷却速度与温度场更均匀，可通过控制喷淋 时介质压力，达到控制工件冷速及冷却按理想曲线进 行。另外，喷淋冷却可较方便地中止，使工件在不同 温度停止进入该转变区，获得期望组织。 ?%@ 低温冷却阶段磨球冷却速度 低温冷却阶段主要是利用铸件余热在特设的容器 中堆冷，创造类似等温环境，达到获得贝氏体3马氏 体组织的目的。为了解控制冷却中低温冷却时，能否 形成类等温环境，测定了磨球在堆冷时的冷却曲线， 磨球在+$$!0$$&温度区间内，平均冷却速度 $’$$0%!$’$$+%&／,，控制该冷却速度可使磨球在贝 氏体区保持较长时间，以堆冷"4计，磨球温度只下 降"$!.$&，可完成或大部分完成贝氏体转变。 @ 结论 （!）控制冷却贝氏体复相球铁555图中存在贝 氏体区，与珠光体区分离且温度范围较宽。 （0）与浸入式水淬相比，喷淋控制冷却从奥氏体 化到珠光体转变前冷却速度缓慢，而珠光体转变区冷 却速度快，能使磨球按理想淬火曲线冷却。 （"）控制冷却与浸入式水淬比，磨球从表面到心部 冷却速度和温度分布均匀，随水压增加，分布更均匀。 （+）控制冷却在高温阶段可通过调节喷淋介质压 力实现控制冷却速度，在实际生产中可实现自动化控 制。 参考文献： 〔!〕 张树松6钢的强韧化机理和技术途径〔(〕6北京：兵器工业 出版社，!##- 〔0〕 魏秉庆，等6贝氏体球墨铸铁〔(〕6北京：机械工业出版社， 0$$! 〔"〕 周 荣，等6控制冷却获得贝氏体／马氏体球墨铸铁〔7〕6铸 造，!##.（#）：!+!!/ 〔+〕 蒋业华，等6控制冷却获得贝氏体／马氏体球墨铸铁的组织转 变及耐磨性〔7〕6铸造，!###（"）：0$!0" 〔-〕 崔忠圻6金属学及热处理〔(〕6北京：机械工业出版社， !##. （编辑：田世江） 为全国用户提供抛（喷）丸的优质磨料：我厂采用国外先进工艺技术生产的铸钢丸，经过铸造、热处理等 多道工序，并经严格检测，产品组织致密、粒度均匀，具有优良的强度和耐磨性。产品质量符合美国汽 车工程师协会 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 89:37%0/和我国;<.+%+3%.标准，产品广泛用于各种铸锻件、钢板、机械制造、五 金及各种金属件的表面清理、除锈、强化等工序。 确保质量，供货及时，代办铁路、公路托运，备有详细使用说明，函索即寄，欢迎使用。 厂址：江西进贤县城进贤大道%/号 邮编：""!/$$电挂：+""" 联系人：销售部钟连保 手机：!"#$/#!-+.# 电话：$/#!3-.."%!"（办） 传真：$/#!3-.."/-/ 中国铸造协会成员单位 江西进贤五金磨料制品厂 ·/!·铸造 蒋业华等：获得贝氏体球铁控制冷却过程研究