热处理对Fe-Cr-B合金显微组织和硬度的影响.pdf

第十二届全国铸造年会暨201 l中国铸造活动周论文集热处理对Fe-Cr-B合金显微组织和硬度的影响张海滨,符寒光,雷永平(北京工业大学材料科学与工程学院,北京100022) 摘要:在C含量<%的情况下,研究不同温度淬火处理以及200℃回火处理对Fe—c卜B铸造合金显微组织和硬度的影响,并与未加入硼元素的试样对比。试验结果表明,淬火处理后,未加入硼元素的试样组织结构简单,晶粒度无规则,物相组成为板条马氏体和奥氏体,随着淬火温度的升高显微组织无明显变化,~。加入硼元素后,随着淬火温度的提高,共晶相网状结构断开趋势明显,其中碳硼化合物为团球化,而Fe2B相以断网为主。基体中马氏体所占比例逐渐升高,析出碳化物颗粒数量减少但颗粒度逐渐增大。当淬火温度升高到l 100oC时,碳化物析出相完全溶解于基体中。淬火温度低于1050℃时,硬度随淬火温度的升高而升高,淬火温度为1 050℃。 200℃低温回火后,Fe—Cr-B合金显微组织无明显变化。回火处理消除了合金的内应力,使得回火后合金硬度降低,。%B试样,淬火温度1050℃,回火200℃,。关键词:Fe—Cr-B合金;淬火;回火;马氏体;硼化物;硬度在以往耐磨材料的研究中,主要通过加入钼、镍、钒、钴等元素提高合金的性能,但提高了耐磨材料的生产成本ll-4t。近年来,以硼为主要元素的含硼耐磨合金受到了世界的广泛关注,并已有相关的文献报道,例如Kulu一5l等人研究了硼对铸钢显微组织及性能的影响,发现提高钢中硼的加入量可增加硼化物数量,并提高了钢的硬度;俄罗斯学者介绍了一种高硬度且韧性较好的高硼钢,但是添加了Co元素增加了生产成本it]。含硼合金钢已经成功用于工业生产尤其是耐磨材料的生产领域[61。%,%rn,所以加入合金中的硼大部分将会形成硼化物,而且硼加入合金钢中能够显著提高其淬透性闱。%,将会在晶界上形成脆性硼化物,使材料韧性显著降低[9-t01。碳在Fe中的溶解度要比硼高的多,但在与同种金属形成化合物时,硼化物比碳化物有更高的硬度和热稳定性,因此硼化物是一种性能良好的耐磨相?一121。用合金硼化物代替合金碳化物作为耐磨合金的耐磨相,可进一步提高耐磨合金的硬度,还可减少钨、钼、铬、钒等贵重元素加入量旧。通过调节合金中硼含量和碳含量可以实现对硼化物体积分数及基体含碳量的控制,使得材料具有优异的性能。本试验设定了B含量分别为0、%、%、%、%%,在铸态试样研究中114t,铸态高硼铁基合金共晶耐磨相为Fe:B,沿晶界呈网状分布。Fe2B显微硬度为l 430一l 480HVt81,具有很高的脆性,若合金内部产生裂纹将沿着网状共晶相扩展将导致合金材料断裂,存在着安全隐患。适当的热处理工艺可改善硼化物存在的形态,同时增强基体的韧性,本文研究热处理对Fe—Cr-B铸造合金显微组织和硬度的影响。 1 试验材料与方法 Fe—Cr-B铸造合金采用40kg真空感应熔炼炉(ZC-)进行熔炼,以废钢、硼铁、硅铁、铬铁和增基金项目:国家自然科学基金(51054008):云南省院省校科技合作专项(2010AD012)资助。作者简介:符寒光,男,电话:010--67396244,E—mail:hg缸***@bjut.,地址:100124,北京市朝阳区平乐园100号北京工业大学材料学院热处理对Fe—Cr-B合金显微组织和硬度的影响碳剂作为原料。炉前调整成分合格后,将钢液温度升至I 650℃左右,钢锭(镅0 mmx200 ram)出炉后空冷至室温。用线切割机在试样上取10 mmxl0 mmxl5 mm进行试验。试验材料的主要化学成分如表 l所示。表lFe—Cr-B耐磨材料的主要化学成分 Table position -B wear-resistant material w一% ,对Ire—Cr-B铸造合金样品进行热稳定性分析。将15-20 mg合金颗粒放入差示扫描量热仪(DSC),采用Ar气保护,测试范围为0一l 200℃,升温速度为10 K/min,测试结果如图1所示。由图1可知,Ire—Cr-℃,℃,其相变温度范围△℃。因此,为了防止淬火温度过高对材料性能影响不利,设定淬火温度参数不高于l100℃。根据Fe—B相图[71,确定淬火温度不低于900℃。淬火过程中保温时间过长会使得脱碳、脱硼等现象发生。最终设定淬火温度分别为900 oC