ZG70Cr3NiMo耐磨铸钢件热处理工艺的改进.pdf

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1、试验研究窖阶：斗：含、：舍：舍!全：斗：，Z G 7 0 C r 3 N i M o 耐磨铸钢件热处理工艺的改进姚宏伟1，黄汝清2，李大平2，姚德伟1，杨弋涛1(1 上海大学材料科学与工程学院，上海2 0 0 0 7 2；2 江西铜业集团(德兴)铸造有限公司，江西德兴3 3 4 2 2 4)摘要：Z G 7 0 C r 3 N i M o 耐磨铸钢空冷淬火即可获得较高的表面硬度，但冲击韧度不足，即使淬火后采用较高的回火温度仍不能确保良好的耐冲击性能。热处理工艺试验结果表明，采用9 5 0 缓冷淬火、4 5 0q C 回火缓冷的热处理工艺，可得到较均匀的硬度(约5 0H R C)，其马氏体组织也

2、较为细小、均匀，从而满足球磨机衬板的使用要求。关键词：耐磨铸钢；热处理；球磨机衬板；缓冷中图分类号：T G l 6 2 9文献标识码：A文章编号：1 0 0 8 1 6 9 0(2 0 0 9)0 3 0 0 4 4 0 0 4I m p r o v e m e n to nH e a tT r e a t m e n tP r o c e s sf o rZ G 7 0 C r 3 N i M oW e a r-r e s i s t a n tC a s tS t e e lP a r tY A OH o n g w e i l，H U A N GR u q i n 9 2，L ID a

3、p i n 9 2，Y A OD e w e i l，Y A N GY i t a 0 1(1 S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，S h a n g h a iU n i v e r s i t y，S h a n g h a i，2 0 0 0 7 2；2 J i a n g x iC o p p e rI n d u s t r yG r o u p(D e x i n)C a s t i n gC o，L t d，D e x i n3 3 4 2 2 4，J i a n g x i

4、)A b s t r a c t：Z G 7 0 C r 3N i M ow e a r-r e s i s t a n tc a s ts t e e lp a r tw i l lp r o v i d eh i g h e rs u f f a c eh a r d n e s sb u ti n s u m c i e n ti m p a c tt o u g h n e s sa f t e ra i r-q u e n c h i n g F i n ei m p a c tp r o p e r t yo fZ G 7 0 C r 3 N i M os t e e lc a n

5、 tb eo b t a i n d e de v e na f t e rh i g ht e r n p e r a t u r et e m p e r i n g T h eh e a tt r e a t m e n tp r o c e s st e s tr e v e a l st h a tr e l a t i v e l yu n i f o r mh a r d n e s s(a b o u t5 0H R C)1a n df i n e-u n i f o r mm a r t e n s i t ec a nb eo b t a i n e db ym e a n

6、 so fq u e n c h i n gf r o m9 5 0o Cw i t has l o wc o o l i n gr a t ea n ds u b s e-q u e n t l yt e m p e r i n ga t4 5 0 a n ds l o wc l l o i n gf o rZ G 7 0 C r 3N i M os t e e l t h u sm e e t i n gt h en e e d so fb a l lm i l ll i n e ri ns e r v i c e K e yw o r d s：w e a r r e s i s t a

7、n tc a s ts t e e l；h e a tt r e a t m e n t；b a l lm i l ll i n e r；s l o wc o o l i n g目前，国内矿场每年需要消耗大量的耐磨材料，最主要的是用于对矿料进行粉碎处理的球磨机。球磨机的衬板由于工作时受到大量矿石的冲击，磨损严重。一旦衬板的厚度磨损到一定程度就要停止生产，更换衬板，但过于频繁的更换又影响生产效率1 I。矿场现在主要采用Z G M n l 3 钢作为衬板材料。高锰钢具有加工硬化特点，但是无论是干式还是湿式球磨机，衬板只受到中小能量冲击作用，只有偶发的大能量冲击功，因此高锰钢衬板的加工硬化作用往往得

8、不到充分发挥而不能获得良好的抗磨效果L 2J。未经冲击的Z G M n l 3 钢表面硬度为2 0 2 2H R C，经过冲击的表面硬度为3 0 3 5H R C，都远低于磨料和研磨介质的硬度。冲击能量过低导致M n l 3 钢的加工硬化性能不能发挥；表面过软，在使用过程中磨损比较严重。另外，由于Z G M n l 3 钢的基体较软，长期使用中易发生塑性变形，使拆换变得非常困难，其表面被磨球和磨料磨成条条深沟或深坑，导致较短使用时间内就报废口4 1。Z G 7 0 C r 3 N i M o 钢是一种新型的耐磨材料，合金元素N i 和M o 的存在有效地提高了淬透性，可代替高锰钢作为球磨机衬板

9、，使衬板的热处理变得更为容易，奥氏体化后空冷即可得到淬火组织，适合于大型铸件的生产J。试生产时的热处理工艺为：工件加热保温后空淬，结果冲击韧度较低，且稳定性较差。本研究拟采用减缓淬火和回火冷却速度的方法，适当减少空淬时马氏体的含量，增加基体内珠光体的比例，旨在减少中温回火冷却过快产生的应力，收稿日期：2 0 0 8 0 7 3 0作者简介：姚宏伟(1 9 8 5 一)，男，江苏江都人，本科生、学士。通讯作者杨弋涛(1 9 6 4 一)，博士，副教授。联系电话：0 2 1 5 6 3 3 4 4 6 5E-m a i l：y y t s t a f f s h u e d u C l l4 4

10、热处理2 0 0 9 年第2 4 卷第3 期 万方数据球磨机雷蒙磨粉机得到均匀细小的内部组织，确保在不降低材料耐磨性的前提下提高其冲击韧度，更好地满足球磨机的使用要求。1试验方法1 1 热处理工艺试验采用高温箱式炉。原热处理工艺为：工件加热到7 0 0 保温2h，再升温至9 5 0，空淬至室温后再加热至4 5 0 保温2h 回火，空冷。结果试样的平均硬度为5 1 3H R C，但冲击韧度在2 3 3 2J c m 2 之间波动。将回火温度提高到5 2 0o C，则冲击韧度下降到1 1 2 0J c m 2【6|。马氏体含量越高，钢的耐磨性越高，但不利于保证有较好的冲击韧度。经上述工艺热处理后的

11、表面硬度已高于球磨机衬板的耐磨要求，适当减少心部的马氏体含量不仅不影响表面的耐磨性，而且可提高零件整体的冲击韧度。本研究通过控制淬火冷却时间、降低冷却速度，使试样心部产生一定量的珠光体，并使组织细化。适当减缓回火冷却速度的目的在于减少高温回火冷却过快产生的内应力，但应注意避免产生第二类回火脆性卜9 。经试验摸索得出的热处理工艺如图1 所示。p蜊赠时间图1 热处理工艺F i g 1H e a tt r e a t m e n tp r o c e s sf o rZ G 7 0 C r 3 N i M oe a s ts t e e l1 2 冷却速度的测定为了比较空淬与砂淬在冷速上的差别，采用

12、计算机记录冷却温度的方法测定冷速。将试样加工成1 0m l Y l 1 0m m 2 0m m，并在其端部焊上热电偶，然后埋人放有石英砂的坩锅中。将试样加热至9 5 0，每保温1h 取出一个试样进行空淬，剩余试样与坩锅一起出炉冷却。2 试验结果与讨论2 1冷却速度一组测温结果如图2 所示，测试至8 0 结束。由图2 可大致看出，空淬试样在7 0 0S 即告完成，而图2Z G 7 0 C r 3 N i M o 钢试样空冷和砂冷的冷却速度F i g 2C o o l i n gr a t eo fZ G 7 0 C r 3N i M os t e e ls a m p l e si na i r

13、a n ds a n d通过与相似材料C C T 图的对比0|，空淬能获得全马氏体组织。砂淬明显降低了冷速，试样心部冷却穿过C C T 图“鼻子”区域时，生成的马氏体量减少，预计将产生一定量的贝氏体或珠光体。2 2 硬度分别测定了空淬和砂淬试样的心部和表面硬度，结果如图3 所示。5 55 45 3星5 2螽5 1酗5 04 94 84 74 64 5O 00 5I 01 52 02 5距试样心部的距离r a m图3经不同工艺淬火后Z G 7 0 C r 3 N i M o 钢试样的硬度分布F i g 3H a r d n e s sp r o f i l ei nZ G 7 0 C r 3 N

14、 i M os t e e ls a m p l e sq u e n c h e di nd i f f e r e n tm e d i u m s由图可见，减缓冷速降低了硬度，心部更为明显，说明砂淬取得了预期的效果。砂淬后硬度值从心部向表面逐渐上升，表面达到最高，并且数值比较稳定，未出现空冷那样的波动。沿径向逐渐增加的硬度能保证球磨机工作时表面耐磨，受到大能量冲击时发生断裂等损坏现象的几率降低。但砂冷淬火后的表面硬度略低于设计要求的5 1H R C，这可以通砂淬的试样大约经过30 0 0S 才冷至8 0。过调整砂层厚度来控制表面的冷却速度，从而使表热处理2 0 0 9 年第2 4 卷第3

15、 期4 5 万方数据面硬度达到要求。2 3 显微组织砂淬和空淬试样的显微组织如图4 所示。由此可见，砂淬试样的铸态组织均匀细小，马氏体量有所减少。在冷却的中后期，将生成一定量的贝氏体。大型工件的表m f 冷却速度远大于心部，埋入砂中冷却，可以确保铸件的浅表层获得足量的马氏体，而心部由于冷速的降低，可以形成一定量的贝氏体或珠光体组织，有助于提高材料的冲击韧度。图4经不同工艺淬火后Z G 7 0 C 旧N i M o 钢试样的显微组织(a)砂淬；(b)空淬F i g 4M i c r o s t r u c t u r e so fZ G 7 0 C r 3N i M os t e e ls a

16、m p l e sq u e n c h e di nd i f f e r e n tm e d i u m s(a)a i r q u e n c h e d；(b)s a n d q u e n c h e d2 4E D S 分析对砂淬后的组织进行了扫描电镜能谱分析，以4 6()lC ，C r。lN i，t 一，。一一“。i。确定微观组织对性能的影响。图4(a)中局部黑点的随机成分定性分析结果如图5 所示。SIM nI“l l，0A I n|。l rl l#H oM n：I Il 。：!二!二=：=。C?_ r i!i!L 笠。2u【J40 06U I J8 0 U】0U U1 2O

17、U1 4U I J1 60 01 8 u u20 U4 0 06(J U8U()1 0()(J2 0(11 4(J 01 6 0 01 8()0k e Vk e Vf a l(b)图5 能谱定性分析结果F i g 5R e s u l t so fe n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r o m e t r ya n a l y s i s(a)F e 2 0 3；(1)M n S热处理2 0 0 9 年第2 4 卷第3 期 万方数据分析结果未见合金元素的复合物，均为常规夹杂物，分别为氧化铁和硫化锰。预计这将对材料韧性产生不利影响，铸造时设法降低夹杂含

18、量，还有进一步改：善性能的余地1。对局部区域进行面扫描的结果(图6 所示)表明，缓冷试样主要合金元素的分布相当均匀，有效地确保了性能的稳定。图6 试样的面扫描分析F i g 6S u r f a e es c a n n i n ga n a l y s i sf o rl o c a la r e ao fZ G 7 0 C r 3N iM os t e e ls a m p l e3结论(1)采用砂淬工艺在一定程度上能使Z G 7 0 C r 3 N i M o 钢铸态组织和性能更为均匀稳定，马氏体得到细化。(2)与空淬试样相比，在砂淬试样的内部观察到了比较明显的氧化铁和硫化锰夹杂，铸造时

19、应设法减少。(3)砂淬工艺部分改善了工件内部组织，在表面组织(性能)的准确控制方面仍有待进一步研究。参考文献 1 任春红，徐如涛球磨机衬板磨损的分析及应对措施 川机械发计与制造，2 0 0 5，8(8)：1 5 6 1 5 7 2 沈保罗，付守默，陈旭两段淬火生产巾碳低合金钢衬板 J 铸造1 9 9 7，(6)：2 5-2 6 3 李德臣湿式球磨机衬板的牛产技术 J】铸造技术，2 0 0 0，4 5 6 7 8 9 1 0(8)：6-7 许利民中碳低合金耐磨钢衬板的研制 J 热加工】：艺，2 0 0 5，(7)：4 7 4 9 D uX i a o D o n g，W a n g。l i a

20、Q i n g S u nG u 0 1)o n g，e ta 1 E f|1 e c to fC O l l l p o s i t i o no ni m p a c t W e a t b e h a v i o ro fa l l o yl i n e rs t e e l s i nc o r r o s i v ec o n d i t i o n J M a t e r i a l sS c i e n c e E n g i n e e r i n gA，2 0 0 8，4 7 7：2 7 7 2 8 1 姚宏伟提高Z G 7 0 C r 3 N i M o 大型球磨机衬板的使

21、用寿命研究 D 、上海：i 海大学本科生论文，2 0 0 8 钱桦，习：莨f l t 淬火圆钢锯片回火残余应力的研究 J 北京林_ k 大学学报，2 0 0 5，3(2 7)：1 0 8 1 0 9 赵家萍，李保成回火过程对4 0 C r 钢淬火残余应力的影响 J 热加工工艺，1 9 9 2，(3)：1 l 1 3 孙艮辉，王卜钢的两类同火脆性综述 J 矿山机械，2 0 0 3，(7)：7 6 7 8 肖福仁，乔桂英8 6 C r M o V 7 钢的过冷奥氏体转变 J 特殊钢，1 9 9 9 8 f 2 0)：1 7 一l8 黄钧声，陈浩然，曾秀敏，等C r 2 0 高铬白f j 铸铁磨片的热处理工艺 J 金属热处理，2 0 0 8，3 3(6)：1 0 1 1 0 4 热处理2 0 0 9 年第2 4 卷第3 期4 7 万方数据