【摘 要】
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高铬铸铁因其优异的耐磨性能而受到广泛应用。然而,传统铸造高铬铸铁由于尖角网状碳化物大量存在对基体割裂严重,导致合金韧性不足使得其耐磨性能发挥受限。烧结制备高铬铸铁则能有效改善合金组织,大大提高力学性能。此外,成本更低的15Cr高铬铸铁相较于25Cr、20Cr高铬铸铁,其碳化物量更少而基体含量更多,力学性能会更好。因此,本文采用超固相线液相真空烧结技术制备15Cr亚共晶烧结高铬铸铁。首先探讨了烧结工
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高铬铸铁因其优异的耐磨性能而受到广泛应用。然而,传统铸造高铬铸铁由于尖角网状碳化物大量存在对基体割裂严重,导致合金韧性不足使得其耐磨性能发挥受限。烧结制备高铬铸铁则能有效改善合金组织,大大提高力学性能。此外,成本更低的15Cr高铬铸铁相较于25Cr、20Cr高铬铸铁,其碳化物量更少而基体含量更多,力学性能会更好。因此,本文采用超固相线液相真空烧结技术制备15Cr亚共晶烧结高铬铸铁。首先探讨了烧结工艺对15Cr亚共晶高铬铸铁组织和力学性能的影响,采用计算机定量分析显微组织,确定了组织与性能的相关性。研究结果表明,合金显微组织由马氏体、M7C3型碳化物和少量残余奥氏体组成。通过超固相线液相烧结可以获得全致密度的样品,其细小的圆润短杆状M7C3型碳化物沿晶界和亚晶界较均匀分布,使得高铬铸铁具有高硬度的同时其强韧性良好。烧结工艺通过影响烧结制品的致密化程度和组织中碳化物,进而改变合金硬度和强韧性。其中,含碳量2.4%烧结高铬铸铁的最佳烧结温度为1210℃。此时,合金密度为7.62g/cm3,硬度为59.6HRC,冲击韧性为11.3J/cm2,抗弯强度为2506.8MPa。其次,探讨了碳、铬含量对烧结高铬铸铁性能的影响,并对15Cr烧结高铬铸铁进行了冲击磨粒磨损实验。试验结果表明,碳含量主要通过影响烧结高铬铸铁组织中的碳化物来影响其力学性能。含碳量2.7%烧结高铬铸铁的最佳烧结温度为1200℃。此时,合金密度为7.50g/cm3,硬度为58.38HRC,冲击韧性为10.45J/cm2,抗弯强度为2251.66MPa。烧结高铬铸铁的力学性能明显优于相近成分铸造高铬铸铁,15Cr系亚共晶烧结高铬铸铁硬度相比于20Cr、25Cr分别降低约1HRC和3HRC,冲击韧性则分别提高了17.7%和57%,是一种具有更高性价比的优秀耐磨材料。不同冲击功作用下15Cr烧结高铬铸铁的磨损形式都主要为切削磨损为主,未出现周期性的剥落磨损,耐磨性能优异。最后,研究了热处理对高综合性能的含碳量2.4%烧结高铬铸铁组织与性能的影响规律。结果表明,淬火后组织主要为马氏体、残余奥氏体以及M7C3型碳化物。合金淬火处理后碳化物比烧结态更圆润,呈粒状弥散的分布在基体中。随着淬火温度的升高,组织中二次碳化物先析出后溶解,基体晶粒变化不大。合金碳化物体积分数随淬火温度的升高呈现先增后减的规律。随着淬火温度的升高,空淬和水淬试样硬度均呈先增大后减小的规律,在950℃达到最大值,分别为64.86HRC和64.96HRC。空淬处理后试样强韧性随淬火温度的升高先增大后减小,在900℃达到最大值,分别为:12.7J/cm2和2640.14MPa;水淬处理后强韧性随淬火温度的升高而减小,在850℃时达到最大值,9.3J/cm2和2504.23MPa。对含碳量2.4%烧结高铬铸铁经900℃淬火后的试样进行回火。随着回火温度的升高,二次碳化物析出,一次碳化物聚集长大,碳化物体积分数有所提高;基体由高碳淬火马氏体转变为更稳定的回火组织。回火温度小于450℃回火后试样硬度基本都在60-61HRC,温度继续升高硬度明显下降。空淬试样在450℃回火硬度达到最大值60.9HRC,水淬试样则在400℃回火后硬度达到最大值60.96HRC。随着回火温度的升高,合金强韧性均先下降后升高。空淬和水淬试样皆在250℃回火时力学性能达到最大值,分别为:空淬回火（11.28J/cm2和2719.86MPa）,水淬回火（9.4J/cm2和2591.5MPa）。含碳量2.4%烧结高铬铸铁最佳热处理工艺为900℃保温120min后空冷。
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