船舶柴油機鑄鐵件回火溫度的控制與優(yōu)化

摘 要：鑄鐵件在船舶柴油機中應用廣泛，熱處理溫度對鑄鐵件的性能有著重要影響，因此研究熱處理溫度對鑄鐵件性能的影響規(guī)律具有重要意義。文章以船舶柴油機鑄鐵件為研究對象，對在不同熱處理溫度條件下的鑄鐵件的組織和力學性能進行了研究，得出了熱處理溫度對鑄鐵件組織和力學性能的影響規(guī)律，對之后船舶柴油機鑄鐵件的熱處理溫度的控制與優(yōu)化奠定了基礎。

關鍵詞：船舶柴油機；鑄鐵件；熱處理

1 概述

為獲取具有不同性能的鑄鐵件，熱處理溫度的高低對鑄鐵件性能的影響至關重要。船舶柴油機不同部位的鑄鐵件對于其耐磨、抗拉等強度的要求不同，其熱處理溫度也會不同，熱處理工藝對鑄鐵件性能影響的規(guī)律的研究對于船舶制造業(yè)鑄鐵件的使用具有積極影響。文章以船舶柴油機的鑄鐵件為研究對象，對在不同熱處理溫度條件下的鑄鐵件的組織和力學性能進行了研究，得出了熱處理溫度對鑄鐵件組織和力學性能的影響規(guī)律，為今后船舶制造業(yè)對鑄鐵件的熱處理溫度的控制與優(yōu)化奠定一定的研究基礎。

2 試驗材料與方法

試驗材料為船舶柴油機鑄鐵件，其化學組成見表1。采用熔模精密鑄造法制備試驗樣品，將澆注成型的鑄鐵棒清理、切割、取樣分別進行拉伸、沖擊試驗。試樣工分三組，一組為拉伸試樣，拉伸試樣尺寸為標距10mm、3mm*2mm，一組為沖擊試樣，沖擊試樣制樣標準依據GB/T 229-2007，第三組為空白試樣，用于鑄鐵件組織性能的測定。

三組試樣分別進行淬火（淬火溫度選定為1000℃）和回火（回火溫度分別設定系列溫度500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃），回火保溫時間為1h，然后空冷至常溫。金相顯微鏡觀察熱處理后鑄鐵件形貌。

3 試驗結果及分析

圖1為回火后的鑄鐵件金相組織（回火溫度為550℃），從圖中可以看出，回火后鑄鐵件的組織主要為馬氏體和高溫鐵素體。由圖1可以看出，鑄鐵件的組織呈現為較多針狀，可以判斷為馬氏體，為未全部奧氏體化的組織結構。馬氏體是高的強度和硬度的主要特征，經過回火的作用，該鑄鐵件具有了較高比例的馬氏體，從微觀組織而言，該鑄鐵件具有較高的強度和硬度。根據鑄鐵件熱處理工藝研究進展，進一步提高回火溫度，可有效提高馬氏體的奧氏體顆粒化，奧氏體的顆粒化并不能增強鑄鐵件的力學性能，因此選擇合適的回火溫度和回火時間對于鑄鐵件的力學性能具有重要作用。

為測定鑄鐵件的力學性能以及鑄鐵件力學性能與回火溫度的對應關系和規(guī)律，我們對不同回火溫度下的鑄鐵件的強度、硬度和沖擊性能進行了比對分析，并完成了一定回火溫度下，不同回火溫度與力學性能的關系圖。圖2為鑄鐵件在不同回火溫度（500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃）下鑄鐵件的力學性能。

根據圖2鑄鐵件在不同回火溫度下的力學性能，可以得出，隨著火溫度的升高，鑄鐵件的強度呈現遞減趨勢，隨著回火溫度的升高，鑄鐵件的硬度也隨之減小的趨勢，隨著回火溫度的升高，鑄鐵件的沖擊吸收功隨之增高。

對鑄鐵件的強度而言，其屈服強度和抗拉強度的變化趨勢一致，均為隨著回火溫度的升高，強度呈現降低趨勢。影響鑄鐵件強度變化的因素主要有：隨著回火溫度的升高，碳化物逐漸溶解，因晶格擠壓造成的馬氏體強度增加；隨著回火溫度的升高，奧氏體逐漸增加，導致其強度和硬度值的降低。兩種作用同時進行，影響著鑄鐵件的硬度和強度。由圖2可以看出，強度和硬度值隨著回火溫度的升高而降低，說明在奧氏體增加和碳化物的溶解作用下，鑄鐵件的強度和硬度呈現降低趨勢。根據圖2數據顯示，強度隨著回火溫度的升高，在500～700℃的范圍內，其降低值均在50%以上，由此可見隨著回火溫度的升高，強度值減小的比例非常大，強度受回火溫度的影響非常大，均在50%以上，因此對回火溫度的有效控制在一定程度上能夠有效控制其強度。

對鑄鐵件的硬度而言，其隨著回火溫度的變化趨勢于其強度的變化趨勢一致，鑄鐵件硬度隨著回火溫度的升高，其降低率達到50%以上，與鑄鐵件的強度變化值基本一致，因此一般情況下，鑄鐵件的強度和硬度值可在一定程度上互相表示。據鑄鐵件回火的研究進展，500℃時，鑄鐵件的奧氏體逐步分解，轉變?yōu)檠伛R氏體界面分布的滲碳體，導致在回火溫度為500℃時，鑄鐵件具有較好的強度和硬度。隨著回火溫度的升高，奧氏體逐漸分解完全，碳化物的減少，以及逆化奧氏體的形成，使得材料的強度和硬度逐漸降低，沖擊韌性逐漸升高。

對鑄鐵件的沖擊吸收功而言，其隨著回火溫度的升高呈現升高趨勢，沖擊吸收功自500℃的40J/cm2增加至700℃的130J/cm2，增加率達到225%。由圖2的沖擊吸收功變化趨勢得出，鑄鐵件的沖擊吸收功的增加呈現逐漸變緩的趨勢，變化最大的階段位于500～600℃，之后沖擊吸收功的增大呈現較大變緩趨勢。

4 結束語

綜上所述，熱處理溫度影響著船舶柴油機鑄鐵件的強度、硬度和沖擊韌性，當需要獲得較高強度、較高硬度和較低沖擊韌性時，可采用500～600℃的回火溫度。若需要獲得較高的沖擊韌性，可適當提高鑄鐵件的回火溫度（回火溫度可設定在600℃以上）。不同回火溫度于強度、硬度和沖擊韌性的曲線可為獲取不同的強度、硬度、沖擊韌性提供參考，依據對材料強度、硬度、沖擊韌性的不同可設定不同的回火溫度。綜合考慮鑄鐵件的強度、硬度、沖擊韌性，在回火溫度為600℃時，可獲得具有優(yōu)良強度、硬度、沖擊韌性的鑄鐵件。

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