正火溫度對QT500-7球墨鑄鐵硬度的影響

付建平

杭叉集團股份有限公司 浙江杭州 311305

1 序言

球墨鑄鐵是20世紀50年代發展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優異的性能，已成功用于鑄造一些受力復雜以及強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，可以有效地抵抗應力集中。同時，球墨鑄鐵有良好的熱處理工藝，如正火、調質、等溫淬火、退火等[1]，這些熱處理工藝為得到不同性能的材料提供了保障。

本文以QT500-7球墨鑄鐵為研究對象，通過不同的溫度對其正火，分析正火溫度對硬度的影響。

2 熱處理工藝制定

對選用的QT500-7球墨鑄鐵進行材料成分測定，見表1。

表1 材料化學成分（質量分數） （%）

具體的熱處理工藝見表2。

表2 熱處理工藝

3 溫度對硬度的影響分析

熱處理后，硬度測試結果見表3。

表3 硬度測試

通過對硬度的測試，發現隨著正火溫度的增加，試樣的硬度也相應增加。

從表3可以看出在820～860℃之間硬度只增加了14HBW，而在860～880℃之間硬度增加了12HBW。硬度的增加量發生了變化，這與基體組織的奧氏體轉化程度有關。奧氏體轉化可分為部分奧氏體化、完全奧氏體化，因此也就有相應的部分奧氏體化正火和完全奧氏體化正火。據資料記載，部分奧氏體化正火，是將鑄件在共析臨界轉變溫度Ac1下限+30～50℃內進行[2]，基體中僅有部分組織轉化為奧氏體。而此牌號的奧氏體下限轉變溫度為800℃，而根據部分奧氏體轉化溫度為800℃+（30～50）℃，正好對應我們選擇的溫度820～860℃。當溫度超過880℃時，硬度增加明顯，880℃時的硬度為266HBW，到940℃時，硬度為296HBW，硬度增加幅度大。此時的硬度增加我們可以用高溫完全奧氏體化正火來解釋。資料顯示，高溫完全奧氏體化正火是將正火溫度加熱到Ac1上限+30～50℃。而該牌號的加熱溫度Ac1上限為850℃，因此高溫完全奧氏體化溫度為880～900℃。因此，當溫度超過880℃時，硬度已經明顯增加。

金屬基體組織會影響硬度的改變，對試樣進行金相組織檢驗，進一步分析基體組織是如何影響硬度改變的。

各正火溫度點的金相組織如圖1所示。

圖1 不同正火溫度下基體組織（100×）

根據GB/T 9441—2009《球墨鑄鐵金相檢驗》對珠光體數量進行評定，結果見表4。

表4 珠光體數量評定

通過表4可以看出，隨著正火溫度的增加，珠光體含量也隨之增加，珠光體含量的增加會影響材料硬度的增加。

通過圖1可以發現，溫度對組織有明顯影響，一方面表現為對組織成分的影響；另一方面對組織數量的影響；再一方面表現為對組織形態、分布的影響[3]。首先對組織成分的影響，經過正火后，基體組織主要以鐵素體和珠光體為主；其次，在球墨鑄鐵中鐵素體和珠光體的體積是一一相關的，表達式為：珠光體數量＋鐵素體數量=1[4]。當珠光體數量增加時，鐵素體數量必定減少。因此只要評定珠光體數量就可以知道鐵素體數量[5]。從表4可知，隨著溫度的升高，珠光體數量是明顯增加的；最后，我們再對組織的形狀及分布狀態進行分析。由圖1可知，溫度的變化造成珠光體形狀及分布狀態的改變。圖1a、圖1b珠光體明顯呈網狀，同時分布于石墨周圍，與石墨的距離還比較遠。圖1c～e珠光體形狀已經變為條形，主要以短條形為主，也可以稱之為粒狀，同時分散更均勻，彌散分布于鐵素體上面，緊挨著石墨球。圖1f、圖1g珠光體間距減小，呈團狀分布。在低倍顯微鏡下已經很難分清出形狀，此時的珠光體可以完全理解為索氏體。

經過以上分析，溫度使基體組織發生了轉變，基體組織從鐵素體基體轉變為珠光體基體。同時，隨著溫度升高，珠光體數量也隨之升高。溫度還使珠光體形狀和分布狀態發生了改變，即珠光體形狀開始從網狀變成了短條狀、粒狀，最后變成了團狀。珠光體的間距也越來越小，以至于在低倍顯微鏡下無法辨認。溫度還使珠光體的生成位置發生了改變。首先生成珠光體的位置在遠離石墨的晶界，然后緩慢地向石墨周圍擴張，使珠光體的彌散度更大，分布更均勻。

4 結束語

正火溫度會引起球墨鑄鐵基體組織的改變，造成基體組織中的珠光體在數量、形狀、分布位置的改變，正是由于這些改變，使硬度發生了改變。因此，正火溫度能夠引起QT500-7球墨鑄鐵硬度的改變，并隨著正火溫度的增加，硬度逐步提高。