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[摘 要]针对Cr26型高铬铸铁自身性能受马氏体含碳量与数量、二次碳化物的影响，采取实验方法进行分析，得出马氏体的实际含碳量是使基体硬度在脱稳处理过程中出现峰值的主要因素等结论。
[关键词]Cr26型高铬铸铁；热处理工艺；组织与性能影响
中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0006-01
高铬铸铁是指将（Fe，Cr）7C3碳化物作为抗磨相的含铬白口铸铁，具有极强的抗冲击性能与抗磨损能力，在现代工业得到了广泛的应用。在淬火过程中，基体在析出二次碳化物时，会对奥氏体含碳量及稳定性产生影响，使马氏体含碳量与数量发生变化。
1 实验材料和方法
Cr26型高铬铸铁成分及其质量分数如表1所示。
原材料采用废钢，高、低碳铬铁，钼、钒铁和电解镍；熔炼装置为中频感应电炉；出炉和浇注的温度分别为：1480℃-1500℃和1380℃-1430℃；借助实型铸造工艺，通过浇注形成规格为（22×22×120）mm的试块，以此为无缺口冲击样品的加工提供便利。为明确Cr26型高铬铸铁在淬火工艺条件下微观组织、硬度及冲击韧性受到的影响，共采取六套方案：方案一，分别在五种温度环境下保温2h（由950℃开始按50℃标准递增至1150℃）后放置在空气中冷却；方案二，在1150℃环境下保温2h后通过炉冷降温至950℃，最后放置在空气中自然冷却。试件的宏观硬度采用洛氏硬度计测定；显微硬度采用显微硬度计测定；冲击韧性由冲击试验机测定；显微组织由高分辨扫描电镜进行观察；物相成分由X-射线衍射仪测定。
2 实验结果和分析
2.1 实验结果
2.1.1 力学性能
经过方案一脱稳处理的试样，其显微硬度与宏观硬度明显提高，并且在淬火温度变化下先增后减，当温度为1050℃时，达到最大值；经过方案二处理的试样，虽然其显微硬度与宏观硬度和方案一的脱稳试样基本相同，但要比在1150℃环境下的脱稳试样高。试样的冲击韧性没有太大的差别，在4.0-4.5J/cm2范围内变化。试样宏观硬度的变化规律和基体显微硬度相同，说明在热处理条件下，由于基体组织发生了变化，所以材料宏观硬度受到影响。
2.1.2 微观组织
初生碳化物的尺寸相对较小，只有15-30μm，分布较为均匀；共晶碳化物以细杆状、块状和短棒状等特点弥散式分布；因碳化物的分布，所以基体的割裂作用被大幅削弱，在发生磨损时能为基体提供有效保护，增强材料的耐磨性能。从能谱分析结果中可以看出，基体当中铬元素与碳元素的实际含量都在很高的水平。
经过方案一脱稳处理的试样，不断析出二次碳化物，当温度提高到1050℃后，析出物质数量不断减少，且尺寸变大，在温度提高到1150℃时，二次碳化物基本停止析出；经过方案二处理的试样，只有少量二次碳化物析出，其颗粒尺寸相对较大。
2.1.3 物相分析
热处理态及铸态试样的组成物质相同，即马氏体、碳化物与奥氏体，没有发现其它明显的物相峰。经过方案一脱稳处理的试样，在950℃温度环境下奥氏体物相峰消失，但马氏体却明显增强；在温度升高至1050℃之后，奥氏体开始增强，马氏体则不断减弱；温度为1150℃时，二者增强和减弱作用加剧；经过方案二处理的试样，其马氏体物相峰有较高强度。
2.2 结果分析
研究表明，材料硬度受基体成分、初生碳化物以及共晶碳化物影响。在进行热处理时，如果共晶碳化物与初生碳化物可以保持不变，则基体成分一旦发生变化，则必定会对材料宏观硬度造成影响。对基体而言，其强化因素包含以下几种：二次碳化物的数量以及马氏体的含碳量和数量。在中等温度下，脱温试样的马氏体数量和二次碳化物的尺寸、数量都处在中等的水平，但在这一状态下有很高的硬度；在保温环境下有效保温，当温度降至950℃时停留样品的二次碳化物数量达到最少，产生一定量马氏体，而脱温试样在950℃中的二次碳化物数量较多，且尺寸小，存在大量马氏体，但是这两类状态的硬度并没有太大差别。说明除了二次碳化物与马氏体的数量以外，在不同的热处理条件下，马氏体的含碳量也出现了显著的变化，最终影响到材料硬度。相关资料也指出，在对钢铁材料进行淬火时，即便碳含量变化十分微观，也会对马氏体硬度变化造成显著的影响[1]。
经典理论提出，对高铬铸铁而言，其基体通常为过饱和碳与合金元素的奥氏体，从热力学角度讲无法处在稳定的状态[2]。在脱温热处理过程中，奥氏体当中的合金元素与碳不断增强扩散能力，使奥氏体分解而产生二次碳化物，同时在冷却作用下不断转化为马氏体。马氏体与二次碳化物均属分离组织，二者的转化过程对奥氏体在不同的温度环境下的平衡溶质元素，尤其是碳元素有很大的以来，同样也十分依赖脱温处理的温度。随着温度的升高，碳元素的浓度不断变大，对二次碳化物而言，因可析出碳元素明显减少，所以实际析出量减少，使颗粒的尺寸增大；在奥氏体转化为马氏体时，因淬火温度变大，提高了奥氏体自身稳定性，所以马氏体实际生成量减少，当达到最高温度时，马氏体甚至停止生成；对马氏体，其含碳量依赖高温环境下的奥氏体含碳量，所以马氏体的含碳量才会明显增加。基于此，由于受到马氏体含碳量产生的影响，所以材料最大硬度并不会出现于马氏体数量与二次碳化物数量达到最多时的处理状态，而是出现在马氏体数量与二次碳化物数量中等，且马氏体含碳量达到最高时的处理状态。相关资料表明，在對高铬铸铁进行热处理时，其二次碳化物溶入与析出的数量，会对材料硬度产生重要影响[3]。最佳的淬火温度应确保基体可以析出适宜数量的二次碳化物，在平衡奥氏体的同时对合金元素与碳进行溶解，以获取良好淬透性促进奥氏体向马氏体的不断转化。如果实际析出的二次碳化物数量超出适宜的量，则会减少马氏体的含碳量，最终降低硬度。
另外，高铬铸铁自身冲击韧性并不会受到热处理的影响。从分析结果中可以看出，因高铬铸铁并没有较高的冲击韧性，是典型的脆性材料，所以对Cr26型高铬铸铁而言，其碳化物实际含量超过30%时，基体割裂作用会受到碳化物剧烈影响[4]。由于热处理时，无论是碳化物的分布，还是形貌，都没有出现明显的变化，所以认为对冲击韧性的影响很小。
3 总结
（1）基体显微硬度和材料宏观硬度均遵循线性变化，同时伴随热处理温度升高，材料硬度先增后减，热处理对冲击韧性基本没有影响；
（2）脱稳处理温度越高，基体马氏体与二次碳化物的数量越少，但共晶碳化物及初生碳化物基本保持不变；
（3）对高铬铸铁基体而言，其强化因素包含以下几种：二次碳化物的数量以及马氏体的含碳量和数量；而马氏体的实际含碳量是使基体硬度在脱稳处理过程中出现峰值的主要因素。
参考文献
[1] 史磊，张凤营.热处理工艺对Cr26型高铬铸铁组织和性能的影响[J].铸造，2017（04）：408-410，417.
[2] 李红宇，刘宝存.热处理工艺对高铬铸铁轧辊组织及性能的影响[J].中国铸造装备与技术，2016（05）：57-58.
[关键词]Cr26型高铬铸铁；热处理工艺；组织与性能影响
中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0006-01
高铬铸铁是指将（Fe，Cr）7C3碳化物作为抗磨相的含铬白口铸铁，具有极强的抗冲击性能与抗磨损能力，在现代工业得到了广泛的应用。在淬火过程中，基体在析出二次碳化物时，会对奥氏体含碳量及稳定性产生影响，使马氏体含碳量与数量发生变化。
1 实验材料和方法
Cr26型高铬铸铁成分及其质量分数如表1所示。
原材料采用废钢，高、低碳铬铁，钼、钒铁和电解镍；熔炼装置为中频感应电炉；出炉和浇注的温度分别为：1480℃-1500℃和1380℃-1430℃；借助实型铸造工艺，通过浇注形成规格为（22×22×120）mm的试块，以此为无缺口冲击样品的加工提供便利。为明确Cr26型高铬铸铁在淬火工艺条件下微观组织、硬度及冲击韧性受到的影响，共采取六套方案：方案一，分别在五种温度环境下保温2h（由950℃开始按50℃标准递增至1150℃）后放置在空气中冷却；方案二，在1150℃环境下保温2h后通过炉冷降温至950℃，最后放置在空气中自然冷却。试件的宏观硬度采用洛氏硬度计测定；显微硬度采用显微硬度计测定；冲击韧性由冲击试验机测定；显微组织由高分辨扫描电镜进行观察；物相成分由X-射线衍射仪测定。
2 实验结果和分析
2.1 实验结果
2.1.1 力学性能
经过方案一脱稳处理的试样，其显微硬度与宏观硬度明显提高，并且在淬火温度变化下先增后减，当温度为1050℃时，达到最大值；经过方案二处理的试样，虽然其显微硬度与宏观硬度和方案一的脱稳试样基本相同，但要比在1150℃环境下的脱稳试样高。试样的冲击韧性没有太大的差别，在4.0-4.5J/cm2范围内变化。试样宏观硬度的变化规律和基体显微硬度相同，说明在热处理条件下，由于基体组织发生了变化，所以材料宏观硬度受到影响。
2.1.2 微观组织
初生碳化物的尺寸相对较小，只有15-30μm，分布较为均匀；共晶碳化物以细杆状、块状和短棒状等特点弥散式分布；因碳化物的分布，所以基体的割裂作用被大幅削弱，在发生磨损时能为基体提供有效保护，增强材料的耐磨性能。从能谱分析结果中可以看出，基体当中铬元素与碳元素的实际含量都在很高的水平。
经过方案一脱稳处理的试样，不断析出二次碳化物，当温度提高到1050℃后，析出物质数量不断减少，且尺寸变大，在温度提高到1150℃时，二次碳化物基本停止析出；经过方案二处理的试样，只有少量二次碳化物析出，其颗粒尺寸相对较大。
2.1.3 物相分析
热处理态及铸态试样的组成物质相同，即马氏体、碳化物与奥氏体，没有发现其它明显的物相峰。经过方案一脱稳处理的试样，在950℃温度环境下奥氏体物相峰消失，但马氏体却明显增强；在温度升高至1050℃之后，奥氏体开始增强，马氏体则不断减弱；温度为1150℃时，二者增强和减弱作用加剧；经过方案二处理的试样，其马氏体物相峰有较高强度。
2.2 结果分析
研究表明，材料硬度受基体成分、初生碳化物以及共晶碳化物影响。在进行热处理时，如果共晶碳化物与初生碳化物可以保持不变，则基体成分一旦发生变化，则必定会对材料宏观硬度造成影响。对基体而言，其强化因素包含以下几种：二次碳化物的数量以及马氏体的含碳量和数量。在中等温度下，脱温试样的马氏体数量和二次碳化物的尺寸、数量都处在中等的水平，但在这一状态下有很高的硬度；在保温环境下有效保温，当温度降至950℃时停留样品的二次碳化物数量达到最少，产生一定量马氏体，而脱温试样在950℃中的二次碳化物数量较多，且尺寸小，存在大量马氏体，但是这两类状态的硬度并没有太大差别。说明除了二次碳化物与马氏体的数量以外，在不同的热处理条件下，马氏体的含碳量也出现了显著的变化，最终影响到材料硬度。相关资料也指出，在对钢铁材料进行淬火时，即便碳含量变化十分微观，也会对马氏体硬度变化造成显著的影响[1]。
经典理论提出，对高铬铸铁而言，其基体通常为过饱和碳与合金元素的奥氏体，从热力学角度讲无法处在稳定的状态[2]。在脱温热处理过程中，奥氏体当中的合金元素与碳不断增强扩散能力，使奥氏体分解而产生二次碳化物，同时在冷却作用下不断转化为马氏体。马氏体与二次碳化物均属分离组织，二者的转化过程对奥氏体在不同的温度环境下的平衡溶质元素，尤其是碳元素有很大的以来，同样也十分依赖脱温处理的温度。随着温度的升高，碳元素的浓度不断变大，对二次碳化物而言，因可析出碳元素明显减少，所以实际析出量减少，使颗粒的尺寸增大；在奥氏体转化为马氏体时，因淬火温度变大，提高了奥氏体自身稳定性，所以马氏体实际生成量减少，当达到最高温度时，马氏体甚至停止生成；对马氏体，其含碳量依赖高温环境下的奥氏体含碳量，所以马氏体的含碳量才会明显增加。基于此，由于受到马氏体含碳量产生的影响，所以材料最大硬度并不会出现于马氏体数量与二次碳化物数量达到最多时的处理状态，而是出现在马氏体数量与二次碳化物数量中等，且马氏体含碳量达到最高时的处理状态。相关资料表明，在對高铬铸铁进行热处理时，其二次碳化物溶入与析出的数量，会对材料硬度产生重要影响[3]。最佳的淬火温度应确保基体可以析出适宜数量的二次碳化物，在平衡奥氏体的同时对合金元素与碳进行溶解，以获取良好淬透性促进奥氏体向马氏体的不断转化。如果实际析出的二次碳化物数量超出适宜的量，则会减少马氏体的含碳量，最终降低硬度。
另外，高铬铸铁自身冲击韧性并不会受到热处理的影响。从分析结果中可以看出，因高铬铸铁并没有较高的冲击韧性，是典型的脆性材料，所以对Cr26型高铬铸铁而言，其碳化物实际含量超过30%时，基体割裂作用会受到碳化物剧烈影响[4]。由于热处理时，无论是碳化物的分布，还是形貌，都没有出现明显的变化，所以认为对冲击韧性的影响很小。
3 总结
（1）基体显微硬度和材料宏观硬度均遵循线性变化，同时伴随热处理温度升高，材料硬度先增后减，热处理对冲击韧性基本没有影响；
（2）脱稳处理温度越高，基体马氏体与二次碳化物的数量越少，但共晶碳化物及初生碳化物基本保持不变；
（3）对高铬铸铁基体而言，其强化因素包含以下几种：二次碳化物的数量以及马氏体的含碳量和数量；而马氏体的实际含碳量是使基体硬度在脱稳处理过程中出现峰值的主要因素。
参考文献
[1] 史磊，张凤营.热处理工艺对Cr26型高铬铸铁组织和性能的影响[J].铸造，2017（04）：408-410，417.
[2] 李红宇，刘宝存.热处理工艺对高铬铸铁轧辊组织及性能的影响[J].中国铸造装备与技术，2016（05）：57-58.