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球墨铸铁管生产

含0.6%镍退火态球墨铸铁的特性

时间:2019-7-15 13:00:03

退火是球墨铸铁管生产中的必不可少的环节,对球墨铸铁管的质量产生着重要的影响。

1.0.6%Ni退火态球墨铸铁的组织和低温韧性

0.6%Ni球墨铸铁铸态显微组织均为铁素体+石墨球+少量珠光体组成,没有自由渗碳体组织,采用低温退火处理可提高铁素体含量与合金元素的分布均匀性。而目前应用的低温退火处理工艺大多工艺复杂,周期长,生产率低,能源消耗大。我们在实验室用箱式电阻炉,通过对含0.6%Ni铸态球墨铸铁进行多次低温退火热处理工艺的试验发现,在随炉加热的过程中,当炉温达到600℃左右时,珠光体已经开始转变,随炉升温到760℃,零保温,随即分别以4.55.57.5/min的不同冷却速度降温到620后出炉,测定珠光体量,结果表明:按4.55.5/min冷速冷却时,珠光体全部消失,基体组织转变为铁素体+石墨球,而以7.5/min冷速速度下,有15%左右的剩余珠光体。为此,试验采用加热760,零保温,随即以5/min冷速降温到620后出炉空冷的低温退火处理工艺,对含0.6%Ni铸态球墨铸铁进行了低温退火处理。

2.0.6%Ni退火态球铁组织和冲击断口形貌

下图所示是含0.6%Ni退火态球墨铸铁的显微组织,珠光体全部消失,得到了全铁素体基体组织,石墨球变得较为圆整,小石墨球略有长大,球径大小也更加均匀一致。

图中所示是含0.6%Ni退火态球墨铸铁-60下冲击断口的SEM照片。可见,冲击断口由大量河流花样组成,解理裂纹沿着一定的结晶面,穿过相邻的晶粒,断口有许多细小的韧窝,这表明断裂过程裂纹萌生和扩展阻力变大,裂纹扩展过程中存在着塑性撕裂行为,属于韧性断裂。

3.0.6%Ni退火态球铁不同温度下的冲击功

0.6%Ni退火态球墨铸铁不同温度下的冲击功测试结果下表所示。可见,随着试验温度的降低,球墨铸铁的冲击功均逐渐减小。

分析认为,冷却速度影响球墨铸铁的基体组织、石墨的大小和形状,因而影响其韧性。当冷却速度较低时,将使石墨和共晶团尺寸增大、球径加大、偏析严重,降低其韧性、塑性,特别是锰、磷等的偏析造成韧塑性降低;而当冷却速度过大时,过冷奥氏体向珠光体转变的过冷度愈大,珠光体与奥氏体之间的相变驱动力也随之增加,反而会抑制铁素体的析出,促进了珠光体的转变。而冷却速度为5/min时,能够促进珠光体发生分解转变为铁素体和石墨,从珠光体中析出的石墨也会产生固态扩散而沉积到原石墨球表面;另外,球墨铸铁组织中存在1.8%2.0%Si元素,能够促进铁素形成。而球墨铸铁退火处理时,碳原子能够充分扩散,碳原子会聚集在石墨球表面,使得小石墨球略有长大,石墨球也变得更圆整,球径大小也更加均匀一致,石墨数量增多。另外,退火处理还提高了合金元素在基体中的分布均匀性,基体的固溶强化作用增强,阻碍位错运动的作用亦增强,促使材料的强韧性提高。

冲击试验时,首先在石墨/基体界面发生剥离,接着石墨周围的铁素体发生局部的塑性变形,形成微裂纹,但由于铁素体具有优良的塑性和韧性,容易钝化而阻碍裂纹扩张。而球墨铸铁的塑性变形是通过晶体内位错运动和位错增殖来实现的,随着温度的降低,由于铁素体呈体心立方结构,从塑性到脆性具有明显的转变,而镍能够细化基体中的铁素体晶粒,增大球墨铸铁中原子的激活能和位错塞积前的弹性能,易使相邻晶粒位错运动而松驰。

因此,含0.6%Ni球墨铸铁采用加热760,零保温,随即以/min冷却速度降温到620后出炉空冷的低温退火处理工艺,可得到全铁素体基体组织,提高了合金元素在基体中的分布均匀性,冲击试样在-60下仍然属于韧性断裂,冲击功仍高达13.2J,能够满足球墨铸铁管、球墨铸铁管件需求。

 


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