鉻鉬銅低合金灰鑄鐵光球板的淬火處理

吳顯祖

1.光球板的化學成分及鑄態金相組織

鉻鉬銅低合金灰鑄鐵光球板，各生產企業大都采用如下化學成分：wC=2.9%～3.1%、wSi=1.5%～1.7%、wMn=0.8%～1.0%、wCr=0.4%～0.6%、wMo=0.8%～1.2%、wCu=1.0%～1.2%，ws、wp均<0.06%。在常規中頻感應電爐熔煉、孕育、砂型澆注后，鑄態金相組織為片狀石墨+片狀珠光體（或珠光體+索氏體），另有少量的碳化物和二元或三元磷共晶存在于共晶團之間。按GB7216評定，石墨形態為A型或A+B型或B型或D+E型，不允許有粗大的C型石墨。石墨長度4～6級，含量≥7%。碳化物應≤3級，磷共晶應≤2級。石墨形態不良或數量太少會明顯降低光球板的切削力，出現球坯在光球板中光打滑不下屑現象。磷共晶硬脆存在于共晶之間（750～950HV），降低光球板的韌性和強度，光球板工作中易出現片狀或塊狀剝落。

2.光球板淬火工藝及注意事項

光球板鑄坯經粗加工后要進行淬火處理，以提高強度和硬度。淬火加熱設備多采用臺車式電阻爐，淬火加熱溫度860～870℃，保溫時間為1.5min/mm，淬火冷卻介質為L-AN32全損耗系統用油，油溫40～80℃，板面出油溫度≤120℃（冷卻時間5mm/min）。球板淬火后應回火，回火溫度180～220℃。

一副光球板由固定板和轉動板組成，固定板較轉動板磨損嚴重而先行損壞。為協調兩板的使用壽命，要求固定板較轉動板硬度高2～3HRC。對加工大鋼球（φ15mm以上）的光球板，要求有較高的韌性，硬度應低些，以防止球板工作中掉塊或斷裂。與此相反，加工中小鋼球（﹤φ15mm）的光球板，硬度要求高一些，以提高光球板的使用壽命。因此，光球板淬火后的回火溫度應擇向選取。加工大鋼球的轉動光球板用200℃回火，加工大鋼球的固定光球板用180℃回火。加工中小鋼球的轉動光球板用180℃回火，加工中小鋼球的固定光球板用160℃回火。回火時間≥4h，回火后空冷。

光球板淬火應注意以下事項：

（1）為防止球板加熱產生變形，爐底板應平整，球板間墊塊要等厚，各支點受力均勻。

（2）淬火時冷卻油應用壓縮空氣攪拌，防止在球板面形成油氣膜，影響冷卻。球板入油后應上下移動并轉動，使球板冷卻均勻，嚴防球板冷卻時局部露出油面。

（3）為防止有筋固定光球板在淬火時產生裂紋和斷裂，淬火后應及時回火。

（4）限制裝爐量，防止最后出爐淬火的球板在爐內保溫時間過長，產生同爐加熱的球板淬回火后硬度不均勻。

附表系用RT-75-9臺車電阻爐，一爐裝8塊同形狀的光球板，加熱保溫后每次出爐兩塊球板淬火，油冷時間20min。首末淬火的球板在爐內保溫時間相差近1.5h。回火后的硬度變化見附表，首末淬火的光球板淬火硬度基本相同，但回火后硬度變化不同。先淬火的球板回火后硬度下降，最后淬火的球板回火后硬度升高。這是因為球板在回火時有兩種作用，一是從馬氏體中析出滲碳體，使馬氏體正方度降低，硬度下降；二是殘留奧氏體向馬氏體轉變，硬度升高。先淬火的球板在爐內保溫時間短，殘留奧氏體量少，回火后硬度下降大于硬度的提高，結果顯示硬度下降。最后淬火的球板，在爐內保溫時間長，殘留奧氏體量相對較多，回火后硬度的提高大于硬度的下降，結果顯示硬度提高。

為防止上述現象產生，應盡量減少同爐光球板在爐內保溫時間的差異。減少裝爐量或增加每次淬火的球板數量，可以減少同爐球板在爐內保溫時間的差異，但后者需考慮淬火冷卻系統的承受能力。

3.光球板淬硬性及淬透性

鉻鉬銅低合金灰鑄鐵光球板，因幾何尺寸大，不便使用洛氏硬度計測量，大都用里氏硬度計測量，并轉換成HRC值。為確切了解光球板淬火后的硬度及其淬透性，對成品光球板切取了大量試樣進行硬度測量。

經統計，硬度≥58HRC的點，C4543板有1個，C1347板3個，G1101180板12個。分別占各測試點1.6%、5.6%、14%。各板測試點的最高硬度與其最低硬度之差：C4543板為9HRC，C1347板為8HRC，G1101180板為12HRC，說明球板鑄態組織不均勻。各板硬度總平均值：C4543板為54.08HRC，C1347板為54.42HRC，G1101180板為55.10HRC。說明光球板淬火后的硬度應為54～55HRC。這與國內外許多光球板所要求的硬度上限相符合，不同廠家生產的光球板硬度一般在52～54HRC之間。因此，鉻鉬銅低合金灰鑄鐵光球板淬火后的硬度應≤55HRC。

一般各企業光球板的出廠硬度（都用里氏硬度計HLD測量）都比其取樣用洛式硬度計所測硬度高5～6HRC。因此，光球板的出廠硬度減去5～6HRC，則為該板確切的洛氏硬度值。成品光球板的厚度大都為100mm。經測量板面硬度與板厚50mm處的硬度基本相同，說明該成分的光球板淬透深度在50mm以上，完全能滿足光球板的使用要求。

回火后硬度變化統計表