火焰表面淬火對QT700-2 組織與性能影響

楊憲明

（石家莊工業(yè)泵廠有限公司，河北 石家莊 050100）

球墨鑄鐵是機(jī)械制造行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種金屬材料，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益?；鹧娲慊疬m用于單件小批生產(chǎn)或現(xiàn)場淬火或?qū)τ谶\(yùn)輸拆卸不便的重大零件和不適于采用其他表面淬火的零件。QT700-2 與德國GGG70L 牌號(hào)相似，具有良好的力學(xué)性能、表面淬火性能及焊接性能，目前較多應(yīng)用于拉延模具[1]。采用QT600-3 和QT700-2 制造整體拉延模具具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以省去刃口鑲塊，整個(gè)拉延模整體鑄造成型，節(jié)省材料費(fèi)和機(jī)加工費(fèi)；（2）拉延模在使用過程中球墨鑄鐵本身具有自潤滑作用，同時(shí)球墨鑄鐵具有吸油性，可提高拉延模的減摩性；（3）球墨鑄鐵較GM241 和GM246 具有較小的內(nèi)應(yīng)力和變形性，其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于GM241 和GM246，能夠明顯提高拉延模的使用壽命和精度。但是，在生產(chǎn)過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)表面淬硬度和耐磨性達(dá)不到零件要求的問題[2]。本文著重分析火焰淬火對QT700-2 淬火后組織與性能影響，分析淬火后組織的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，為日后分析研究模具淬火硬度低和淬火開裂等問題提供基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用QT700-2 的化學(xué)成分如表1 所示，為了檢驗(yàn)材料表面火焰淬火的效果，制作了一些實(shí)驗(yàn)樣塊，其中楔形試塊用來制作抗拉試棒，厚板形試塊用來制作火焰淬火樣件，厚度45 mm，具體樣塊結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

圖1 試樣樣塊結(jié)構(gòu)

1.2 實(shí)驗(yàn)材料的鑄態(tài)組織與力學(xué)性能

對厚板型鑄造試塊線切割，切取金相試樣，進(jìn)行金相觀察分析，金相組織與SEM 圖像如圖2 所示。鑄態(tài)組織中石墨球化情況良好，球化率都在90%以上，球化級(jí)別在2 級(jí)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)材料鑄態(tài)組織及力學(xué)性能如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)材料鑄態(tài)組織及力學(xué)性能

圖2 金相組織與SEM 圖像

1.3 火焰淬火工藝簡述

表面火焰淬火時(shí)，控制氧氣壓力在0.4 MPa～0.6 MPa，氧氣與乙炔的混合比例1∶1.2 左右，火焰呈中性藍(lán)色，保證火焰適當(dāng)長度，工件端面與噴嘴盡量保持垂直，，噴嘴距加熱表面的距離70 mm，將樣件加熱到橘紅色，溫度約為880 ℃～900 ℃.淬火后的試塊冷卻到室溫后再檢測淬火區(qū)的表面硬度。

2 火焰表面淬火后組織與硬度

火焰淬火后試樣由表面至里可分為淬火熱作用區(qū)和本體鑄態(tài)區(qū)，將金相照片拉長示意火焰淬火熱作用區(qū)即相變區(qū)的組織分布情況如圖3 所示，淬火后試塊的表層向內(nèi)部分別為熔凝表層、滲碳體析出層、馬氏體轉(zhuǎn)變層與珠光體增多層，各層組織如圖4 所示，其后為本體組織屬于鑄態(tài)組織。

圖3 試樣橫截面組織變化示意圖

圖4 各轉(zhuǎn)變層金相組織

隨著深度的增加，組織有較大變化，試塊最表層冷卻速度最快，在馬氏體轉(zhuǎn)變之前有碳化物析出，靠近該層組織冷卻速度也較快，轉(zhuǎn)變成馬氏體。在石墨球周圍，碳濃度較低，Ms 點(diǎn)溫度高，快冷后除形成馬氏體外，還有部分殘余奧氏體。再向內(nèi)，冷卻速度較為緩慢，接近正火空冷，珠光體增多?；鹧娲慊鸷蟾鲗咏M織厚度如表3 所示。

在光鏡下目測各相變區(qū)深度，從最表面至馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)為滲碳體區(qū)深度，從馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)至珠光體增多區(qū)，為馬氏體區(qū)深度，然后至本體區(qū)為珠光體增多區(qū)深度，并在火焰淬火后，試塊表面做了硬度測試，測量值如表3 所示。

表3 各相變區(qū)深度與試塊最表層硬度

火焰淬火后，組織變化明顯，其中馬氏體區(qū)深度達(dá)1 mm 以上，表面硬度提高至50 HRC 以上?；鹧姹砻娲慊鹂勺鳛榍蚰T鐵QT700-2 一種經(jīng)濟(jì)有效的表面硬化手段。

3 結(jié)論

1）對QT700-2 火焰淬火后，可明顯觀察到各相變區(qū)組織，由外到內(nèi)分別是熔凝區(qū)、碳化物析出區(qū)、馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)、珠光體增多區(qū)；

2）經(jīng)火焰表面淬火后，QT700-2 表面硬度由27 HRC 增加至50 HRC 以上，硬度增加明顯；

3）通過火焰表面淬火能得到理想的馬氏體層深度，可開發(fā)應(yīng)用于局部需要硬化的模具。