知识Tips——马氏体抗磨球墨铸铁生产工艺
发布时间：
2025-02-27 13:24
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一、马氏体抗磨球墨铸铁的金相组织
马氏体
马氏体是其主要的基体组织，一般为高碳隐针马氏体。在金相显微镜下，呈针状或板条状形态，片层细小且相互交错。由于碳在α-Fe中的过饱和固溶，使其具有高硬度和高强度，是提供抗磨性能的关键相。
球状石墨
石墨以球状均匀分布于基体中，这是球墨铸铁的典型特征。球状石墨能有效减少应力集中，提高材料的韧性和强度，对材料的抗磨性能也有一定的辅助作用，使其在承受摩擦和冲击时不易产生裂纹和剥落。
残余奥氏体
热处理后会有少量残余奥氏体存在，通常分布于马氏体板条或针状组织之间。它可以在一定程度上提高材料的韧性，在受到外力时，残余奥氏体可发生相变，吸收能量，有助于提高材料的抗磨性和抗冲击性能。
合金碳化物
当添加如铬、钼、钨等合金元素时，会形成合金碳化物，如M₇C₃、M₂₃C₆等（M代表金属元素）。它们一般以细小颗粒状或块状分布在基体中，硬度很高，能显著提高材料的耐磨性和抗腐蚀性，增强材料的整体性能。
可能存在的贝氏体
在某些情况下，还可能有少量上贝氏体或下贝氏体存在。上贝氏体一般呈羽毛状，下贝氏体呈针状或竹叶状。贝氏体的存在可在一定程度上改善材料的强韧性配合，对提高抗磨性能也有一定贡献。
二、化学成分控制
1. 碳（C）
范围：3.4%~3.9% 作用：稳定奥氏体并促进石墨球化，但需避免过高碳含量导致淬火后马氏体碳含量过高。
2. 硅（Si）
范围：原铁液1.1-1.4%，终硅2.1-2.5%（常规）；作用：强化基体，但过量会降低韧性，需结合铸件壁厚调整。
3. 锰（Mn）
范围：≤1.2%（常规）； 作用：提高淬透性，但正偏析会降低韧性，需严格限制。
4. 磷（P）、硫（S）
P：≤0.15%（常规）；双相组织可放宽至≤0.1%
S：≤0.03%（常规）；需通过脱硫处理（如喷镁）控制。
5. 合金强化元素
镍（Ni）：0.5%-1.0%（像镍这种价格比较的合金可以根据采购价格及性能要求选择是否添加）
钼（Mo）：0.1%~0.3%（提高高温强度，但需控制以避免晶粒粗化）。
铬（Cr）：部分牌号添加0.2%~0.5%以提高耐磨性，但需避免晶界碳化物析出。
6. 球化元素
镁（Mg）：0.035%~0.055%（残留量），确保石墨球化。
稀土（Re）：0.01%~0.03%（残留量），脱硫并稳定球化效果。
某铸件生产成分案例参考
常规马氏体球铁：C3.4~3.9%、Si2.2~2.5%、Mn≤1.2%、P≤0.15%、S≤0.03%、Mg0.03~0.05%、Re0.02~0.03%。
关键控制原则
1. 碳硅平衡：碳当量（CE）通常控制在4.2%~4.8%，兼顾铸造性能与淬透性。
2. 杂质元素：硫需深度脱硫（≤0.01%），磷控制在≤0.06%以减少晶界脆性。
3. 热处理适配：马氏体球铁需通过淬火（如油冷）获得高硬度（59~61HRC），但需避免过度冷却导致变形。
通过上述成分控制，马氏体球墨铸铁可兼顾高强度（抗拉强度≥1000MPa）与一定韧性，适用于耐磨件（如磨球）或高载荷场景。
三、马氏体抗磨球墨铸铁熔炼及浇注温度控制
1、熔炼温度控制
铁液温度需控制在 1450~1550℃，确保充分熔化合金元素并减少烧损。
球化处理前铁液温度建议 1500~1530℃，以保证球化剂反应充分且镁元素吸收率高。
2、浇注温度控制
1. 浇注温度范围
常规浇注：1360~1420℃，具体取决于铸件壁厚与结构复杂度。
厚大件：建议 1370~1390℃，避免因温度过低导致石墨漂浮或缩松。
薄壁件：可适当提高至 1400-1450℃左右，但需控制冷却速度以防变形。
2. 浇注工艺优化
浇注速度：需快速充型以减少氧化夹杂，厚壁件建议采用底注或阶梯浇注。
浇注时间：从球化结束到浇注完成需控制在 10~15分钟，避免球化衰退。
浇注温度波动：需稳定在±15℃以内，防止因温度波动导致组织不均。
3、某薄壁马氏本铸件典型工艺参数案例
熔炼温度 1510~1560℃
球化处理温度 1480~1520℃
首包浇注温度 1420-1430℃（薄壁件）
未包浇注温度 1360℃（薄壁件）
临界浇注温度 1310~1330℃（避免皮下气孔）
四、马氏本抗磨球墨铸铁热处理
淬火
加热温度：一般在850 - 950℃之间。在此温度范围内，能使基体中的珠光体、铁素体等组织充分转变为奥氏体，为后续获得马氏体组织奠定基础。例如，对于含碳量较高、合金元素含量适中的马氏体抗磨球墨铸铁，加热温度可选择900℃左右。
加热速度：需根据铸件的尺寸、形状和复杂程度等因素合理控制。对于形状简单、尺寸较小的铸件，可适当提高加热速度；而对于形状复杂、尺寸较大的铸件，为防止热应力过大导致变形或开裂，应采用较慢的加热速度。
保温时间：通常为1 - 3小时。目的是保证奥氏体化充分进行，使合金元素充分溶解和均匀化。例如，厚度为20 - 30mm的铸件，在900℃下保温时间约为1.5 - 2小时。
冷却介质：常用的有油、水、盐水等。油冷淬火冷却速度相对较慢，可减少淬火应力，适用于形状复杂、对变形要求较高的铸件；水冷淬火冷却速度快，能获得更高的硬度和强度，但淬火应力较大，适用于形状简单、对硬度和强度要求高的铸件；盐水冷却速度比水更快，可用于要求更高硬度和耐磨性的铸件，但可能会增加铸件开裂的风险。
回火
回火温度：一般在150 - 350℃之间。低温回火（150 - 250℃）可消除部分淬火应力，稳定组织，提高韧性，同时保持较高的硬度和强度；中温回火（250 - 350℃）可进一步消除应力，提高韧性，适用于对韧性要求较高的场合。
回火时间：通常为2 - 4小时。回火时间过短，应力消除不充分，组织稳定性差；回火时间过长，可能会导致硬度下降过多，影响抗磨性能。
回火次数：一般为1 - 3次。对于一些大型、复杂或对性能要求极高的铸件，可能需要进行2 - 3次回火，以确保组织和性能的稳定性。
在实际生产中，还需结合具体的铸件成分、尺寸、形状、性能要求以及生产设备等因素，通过试验和实践来优化热处理工艺参数，以获得最佳的马氏体抗磨球墨铸铁性能。
诸暨市海川机械铸造有限公司
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