摘要:对高铬铸铁叶片材质进行了系统的实验室研究和装机试验,确定了碳和铬对相结构、组织、力学性能和耐磨性能的影响及其相互关系,得出较佳的高铬铸铁身分,所制成叶片使用寿命比原中铬铸铁、高碳高铬铸铁提高6倍。本文由青岛铸造机械厂整理
要害词:高铬铸铁;叶片;耐磨性能;使用寿命
1引言
叶片是广泛用于铸件清理、轧辊毛化的抛丸处理机的要害零件,其工况条件要求其具有良好的耐磨性和足够的韧性[1~3],海内外常用
抛丸机叶片材质有两种:低铬白口铸铁和高铬铸铁。文献[4]指出高铬铸铁激冷叶片的使用寿命比低铬白口铸铁叶片要横跨数倍,高铬铸铁中备受重视的牌号是Cr15Mo3,性能优良,但含腾贵的钼。上海工业大学以Cu、Mn代Mo,开发出Cr15MnCu高铬铸铁作为叶片材质[4],对开发其它不含Mo元素,身分简单的高铬铸铁叶片有着重要的实际意义。本事情研究高铬铸铁中主要元素C、Cr对其相结构、组织、力学性能、耐磨性能的影响纪律,测定在装机条件下差别含碳量高铬铸铁叶片的使用寿命,为无Mo高铬铸铁叶片材质的合理选定提供依据。
2试验材质
设计了9种差别身分的高铬铸铁,用50kg中频感应炉冶炼,其化学身分见表1。
表1试验质料的化学身分(质量分数,%)
3试验要领
3.1化学相剖析要领
用盐酸甲醇体系电解液,在低温条件下电解,对析出相进行X射线衍射,鉴定碳化物相组成。电解残渣以硫酸冒烟后加硝酸剖析制备成析出相溶液,较后以过硫酸铵氧化溶量法测定。
3.2光学显微镜、扫描电镜及图象仪剖析
用Jenaphot2000型显微镜进行显微组织剖析。用X650扫描电镜进行Cr微区身分剖析。用半自动图象仪测定K(碳化物)面积和宽度,每个试样测定5点,取平均值,利用Mardeay关系式:碳化物数量K%=12.33x[C%]+0.55x[Cr%]-152%,盘算K含量。
3.3攻击磨料磨损试验
在MLD10型攻击磨料磨损试验机进行,攻击功2.0J,攻击频率150次/min,时间120min,磨料10/20目、20/40目精制石英砂,磨料流量30kg/h,下试样材质U71Mn,39~41HRC。试验程序:预磨30min清洗、称重磨损试验120min清洗、称重盘算失重。
3.4力学性能的测定
用HR150A测定硬度(HRC)。用NV2显微硬度计丈量显微硬度。攻击韧性检验接纳直接浇注成20mm!100mm的铸造试样,按GB6296-86检验,由于试样的尺寸及形状的影响,攻击韧性值要高于标准无缺口试样的攻击韧性值。
抗弯强度试样为30mm!330mm的棒体,浇注后经清砂处理、切割冒口和砂轮机打磨,不加工直接在试验机上进行检验� ？估匝谴有ㄐ问匝舷咔懈钕旅餮�,然后加工而成。试样平行部位的直径为16mm,以4mm/min的速度进行拉伸,直至试样拉断。
3.5装机试验
用型号为QZG20P的抛丸处理机,叶片尺寸为162mm!105mm!20mm,每组8片,以尖角形锐利钢砂作为抛丸的弹丸,对差别含碳量高Cr铸铁叶片进行磨损和寿命试验。
4试验结果与剖析
4.1高铬铸铁的显微组织
以E2为基础比照试样,其铸态显微组织为奥氏体和共晶体组成的亚共晶组织,见图1a。初生奥氏体以树枝状生长,共晶体在奥氏体枝晶间凝固而成为网状漫衍。从图1b中可见到共晶体是由共晶奥氏体及其转变产品和共晶碳化物所组成,先凝固的共晶奥氏体一方面和初生奥氏体连接起来,另一方面把后凝固的共晶碳化物离开开来,图中的初生奥氏体未爆发转变,而共晶奥氏体已转变。共晶碳化物以断续网状漫衍,以半伶仃质点形态漫衍在金属基体之间。组成了高铬铸铁差别于其它白口铸铁的组织上的主要特征。高铬铸铁另一组织特征是基体在常温下主要以奥氏体形态保存,随化学身分的变革促使奥氏体的稳定性改变,在碳化物周边共晶奥氏体转变比较充分。四种差别铬含量的高铬铸铁的显微组织的特点
见表2。
(a)初生奥氏体树枝状晶+共晶体400x
(b)断续网状共晶碳化物800x
图1典范的高铬铸铁(2.026%C,15.77%Cr)显微组织
表 2四种差别铬含量的高铬铸铁组织特点
组织中碳化物数量、形貌及漫衍受到C、Cr含量的影响。当牢固碳改变铬含量或牢固铬改变碳含量时,碳化物数量都爆发明显变革。用半自动图象仪测定碳化物面积和宽度,同时用经验公式盘算碳化物含量,结果见表3。数据标明:随着碳、铬含量的增加,碳化物的数量增加,而碳的影响更为明显。
表3碳铬含量对碳化物数量和尺寸的影响
4.2铬在高铬铸铁中漫衍
铬主要是固溶在奥氏体和富集在铬碳化物中,少量漫衍在其它类型的碳化物和夹杂物中,铬在各组成相中的漫衍影响着奥氏体的稳定性、碳化物的类型和数量等。
表4为化学相剖析确定铬在固溶相和析出相中的宏观分派情况。数据标明:坚持碳或铬含量稳准时,铬在两相中的分派坚持稳定。牢固碳含量(约2.0%),随着铬含量增加(10%~25%),碳化物微区身分中的铬提高,铬在析出相中的含量增加。牢固铬量(约16%),析出相的数量与碳含量增加成正比。铬在析出相中总量的增加,在固溶相中的含量减少,从而降低了奥氏体的稳定性。
用电镜对9个差别身分试样进行铬微区身分剖析,取其平均值,结果见表5。数据标明,各相之间铬的微区身分保存着差别。初生奥氏体中固溶的铬含量普遍略高于共晶奥氏体的铬含量,使得共晶奥氏体稳定性略低于初生奥氏体。高铬铸铁中铬量坚持相对稳准时,随碳含量的变革铬在区域中的平均身分坚持稳定,却改变了铬在各相中的微区漫衍,因碳量的增加,形成铬的碳化物数量增多,共晶碳化物中铬的含量显著减少,奥氏体中的铬的含量随碳量的增加略有降低。
4.3碳、铬对高铬铸铁力学性能的影响
4.3.1碳、铬对硬度的影响
随铬含量的增加,奥氏体更趋稳定,甚至共晶奥氏体转酿成马氏体的数量也在减少,因而硬度随铬量增加呈下降趋势。另外铬量的增加也导致组织中共晶碳化物数量有所增加,使得硬度呈上升趋势,因此硬度变革受这两种因素的叠加作用。在相同冷却速度下,当基体主要为奥氏体时,铬对硬度的影响不大,见图2。
碳对高铬铸铁硬度的影响见图3。在相同的冷却速度和铬含量条件下,随碳含量的增加,硬度呈线性提高,如碳含量为1.387%,硬度为40HRC,碳含量为2.798%时,硬度为51HRC,相当于碳含量每增加0.1%,硬度提高0.78HRC。这是由于组织中碳化物数量增加的缘故。接近共晶身分时,这种影响就基本消失。因此在Cr15系列高铬铸铁中,要坚持高硬度,碳含量选择在2.8%左右即可,如继续提高碳含量,硬度非但不可提高,反而会使其它性能急剧恶化。
表4高铬铸铁中铬的化学相剖析结果
图3碳含量对高铬铸铁硬度的影响
表5高铬铸铁中铬的微区身分剖析结果
表6碳、铬对高铬铸铁铸态强度的影响
图4铬含量对常温攻击韧性的影响图
图5碳含量对常温攻击韧性的影响
4.3.2碳、铬对强度的影响
当碳含量约为2.0%时,表6数据标明,铬含量从10%增加至20%,强度相应提高至峰值,但继续增加铬含量,强度有所下降。高铬铸铁中的含碳量对强度的影响是十分敏感的,随碳含量的增加,强度呈直线下降。
4.3.3碳、铬对室温攻击韧性的影响
在高铬铸铁中,牢固其它各元素,变革铬含量,当碳为2.0%、铬含量为20%左右时,可获得较好的攻击韧性,图4为铬对室温攻击韧性的影响。
碳对攻击韧性影响较为明显,在15%Cr系高铬铸铁中,随碳含量的增加,攻击韧性降低,险些呈直线关系。其主要原因是随碳含量的增加,组织中碳化物量增加,从而增加了高铬铸铁的脆性,降低其攻击韧性,见图5
4.4碳、铬对耐磨性的影响
图6标明:随铬含量的增加,其耐磨料磨损性有所下降。这主要是由于随着铬含量的提高,铸造性能下降组织疏松增多的缘故。图7标明:碳含量<2.8%时,组织中K%较少;碳含量>28%时,硬度变革不大,但攻击韧性下降;碳含量在2.8%左右时,耐攻击磨料磨损性较高。
图6铬对攻击磨料磨损耐磨性的影响
图7碳对攻击磨料磨损耐磨性的影响
4.5装机试验
4.5.1叶片装机磨损试验
取差别含碳量的高铬铸铁铸态叶片进行跟踪装机试验,比照其磨损情况,结果见表7。数据标明,随着含碳量的增加,叶片的磨损率减少,即从65385g/h降至1.6057g/h,即耐磨性增加。但当含量高至约3.5%时,叶片的磨损率明显增加至95238g/h,即耐磨性明显降低� ？杉吆凸偷暮剂慷级砸镀湍バ缘乖�。
表7叶片磨损剖析表
4.5.2叶片使用寿命剖析
原用质料和差别含碳量的高铬铸铁叶片,装机使用寿命比照结果见表8。数据标明,3.0Cr16高铬铸铁叶片使用寿命较原用高碳高铬铸铁和中铬铸铁提高6倍多。
表8高铬铸铁叶片与原材质装机使用结果比照
5结论
(1)高铬铸铁中Cr<10%只能获得珠光体组织,Cr>10%包管冷却中奥氏体的稳定性。在铸态冷却条件下,可获得奥氏体为主的多相组织,碳化物中的Cr>38%,形成(CrFe)7C3类型的碳化物,以断续伶仃形态漫衍在奥氏体基体中,极大改善高铬铸铁的韧性。
(2)攻击磨料磨损试验和装机磨损的数据标明:碳含量过低时,碳化物数量少,硬度较低,耐磨性不高;碳含量过高时,抵达近共晶或共晶身分,因身分不均匀可泛起一定量初生碳化物,使韧性变坏,导致耐磨性降低。
(3)试制的3.0Cr16的高铬铸铁叶片使用246h后尚可继续使用,而原用高碳(3.6%C)高铬铸铁叶片36h即行报废,使用寿命提高了6倍。
参考文献:
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2018-04-12 
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