【文章內容簡介】 水玻璃砂大都由石英砂，%～%的鈉水玻璃配置而成，它的流動性好，這樣造型容易控制，性能良好。對于外材金屬液，經驗上認為澆注溫度越高，結合界面的性能越好，結合強度也越高。澆注溫度過低，鑄件的結合面處容易產生冷隔、縮孔等缺陷。但是，如果澆注溫度過高，容易產生熱裂缺陷，凝固緩慢，碳化物生長較為粗大，共晶組織粗化，導致大大降低高鉻鑄鐵的抗磨能力和力學性能。故采用在20kg酸性感應爐內熔煉高鉻鑄鐵，其出爐溫度1500℃，澆注溫度1480℃。型砂緊實后取出錘端木模，并用特制的水玻璃沙板（冒口徑）放在上面，在錘端頂部設置補縮出氣冒口。澆口窩和內澆道采用消失模型，冒口和直澆道采用木模模型（如圖3所示）。復合前整個砂型放入感應線圈內，通過電磁感應加熱的原理對錘柄進行預熱，當錘柄達到需要的溫度時開始澆注金屬液，邊澆注邊加熱，待錘端型腔充滿時，停止加熱，繼續(xù)澆注直到充滿整個冒口，整個過程泡沫塑料模型受熱汽化，待金屬液冷卻凝固后，吊出砂型，打箱?！崽幚砉に嚫咩t鑄鐵要求具有強韌堅硬的基體組織，這樣才能滿足零件要求的高抗磨能力。而鑄造組織一般不能滿足這一要求。鑄件在鑄型中的凝固過程與冷卻速率受到許多因素的影響，如由于鑄件壁厚不均勻、不同的散熱條件、澆注后型內鐵水溫度的差異等在加熱、冷卻以及相變過程中會產生效應力和組織應力，鑄件各部分的鑄造組織很難達到均勻一致，存在著偏析使鑄鐵中元素分布不均勻，鑄造殘余應力使鑄件性能大大降低。高鉻鑄鐵是熱導率較低和熱膨脹系數(shù)較高的金屬材料。鑄件快速加熱，表面和心部會出現(xiàn)較陡峭的溫度梯度。因此不同部位的溫度差異會使鑄件內產生較高的熱應力和組織應力。所以應采用緩慢加熱，加熱速度應控制在100℃以下，這樣有利于降低因溫度梯度而產生的內應力水平，防止鑄件變形、開裂。[6]隨加熱溫度的升高，碳及合金元素的擴散能力逐漸增加，將導致顆粒狀或針條狀的二次碳化物析出；加熱溫度低于一定溫度時，二次碳化物以析出為主，加熱溫度高于一定溫度時，二次碳化物則以溶入為主。保溫過程是加熱過程的繼續(xù)，二次碳化物是進一步析出還是溶入，主要取決于保溫溫度。熱處理冷卻過程中，由于奧氏體中碳及合金元素的溶解度減小，將可能引起二次碳化物再度析出，這主要取決于冷卻速度?？焖倮鋮s時，二次碳化物的析出受抑制，緩慢冷卻時，二次碳化物將充分析出。二次碳化物的析出，將使奧氏體中碳及合金元素的含量降低，提高馬氏體轉變溫度Ms和Mf，有利于空淬時增加馬氏體數(shù)量，減少殘余奧氏體量。同時，亦導致奧氏體轉變曲線左移，降低淬透性。[5],[7]淬火時加熱溫度的選擇是至關重要的。一般應根據(jù)含鉻量和零件壁厚來選擇最佳淬火溫度。淬火溫度越高，淬透性越高，但淬火后形成的殘余奧氏體數(shù)量也有可能越多。隨合金中含鉻量的增加，二次碳化物開始析出到轉變?yōu)橐匀苋霝橹鞯臏囟确秶蚋邷胤较蛞苿樱屎线m的淬火溫度也將隨含鉻量而變。含鉻15%的白口鑄鐵，得到最大硬度的淬火溫度是940～970℃，而鉻為20%時，則為960～1010℃。同時，淬火溫度與鑄件壁厚密切相關，壁越厚，淬火溫度應選得越高。保溫時間一般可根據(jù)壁厚，選擇為2～4h。厚壁零件可適當延長至4～6h。淬火后的高鉻鑄鐵件，由于存在較大的內應力，需要應盡快回火處理。960℃淬火的高鉻鑄鐵，在250℃回火時，硬度基本上不發(fā)生變化，材料的韌性大大提高。同時，回火處理還能使殘余奧氏體減少，淬火馬氏體變?yōu)榛鼗瘃R氏體。綜上所述，本實驗采用緩慢加熱到960℃（加熱速率≤100℃/h），保溫4小時，出爐強制風冷淬火。當鑄件溫度低于100℃時，再次入爐進行回火處理，回火溫度為250℃，保溫2小時，出爐空冷?！「咩t鑄鐵的組織觀測和性能測試　硬度的測試對鑄件進行淬火+回火，淬火溫度分別選用960℃、980℃、1000℃、1080℃保溫4h,風冷。在960℃淬火溫度下分別進行250℃、350℃和500℃回火,保溫為2h,風冷,制得各試樣。分別對各式樣通過HR－150型洛氏硬度計進行洛氏硬度（HRC）測試。試驗方法：洛氏硬度計是以測量壓痕深度來表示材料的硬度值，壓頭采用圓錐角α=120176。的金剛石圓錐體。為了保證壓頭與試樣表面接觸良好，試驗時先加初試驗力F0(指針轉三圈)在試樣表面得一壓痕，深度為h0。此時壓痕深度的指針在表盤上歸零。然后加上主試驗力F1，壓痕深度為h1。表盤上指針逆時針方向轉動到相應位置。試樣在F1作用下產生的總變形中h1包括彈性變形與塑性變形，當試驗力F1卸除后，總變形中的彈性變形恢復，使壓頭回升一端距離(h1－h(huán))，這時試樣表面殘留的塑性變形深度h即為壓痕深度。隨著彈性變形的恢復，指針順時針方向轉動，轉動停止時所指的數(shù)值就是壓痕深度所對應的洛氏硬度值。洛氏硬度值是以壓痕深度h來計算的，h越大，硬度值越低，反之越高。每組試樣測三次，最后求平均硬度?！_擊韌性的測定試驗目的：沖擊韌性是材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形和斷裂功的能力，通過測量沖擊韌性和對沖擊試樣進行斷口掃描分析，不僅可以揭示材料中的冶金缺陷及檢查鑄造和熱處理缺陷，還可以得到材料沖擊韌度的好壞及原因。試樣尺寸為10 10 60mm，將試樣在JB30型擺錘式沖擊實驗機上進行沖擊實驗。試驗方法：試驗在擺錘式沖擊試驗機上進行沖擊，將試樣水平地放在支座上，然后將一定重量的擺錘提升至一定高度H1，以使其獲得GH1的勢能，釋放擺錘使其沖斷試樣，擺錘在沖斷試樣后達到HZ的高度，剩余能量為GH2，則擺錘在沖擊試樣時失去的能量為GH1－GH2，此能量即為試樣變形和斷裂時消耗的功，稱為沖擊吸收功，以W表示，單位為J，試樣截面積為S，則試樣的沖擊韌度為αk=W/S,單位為J/cm2。每組試樣為三個，最后求平均αk值?！〗鹣嘟M織觀察用線切割機從沖擊試樣的一截上截取201010（非斷口端）試樣。砂紙打磨水沖洗—拋光—水沖洗—酒精棉球清洗—浸蝕，浸蝕劑(3%的硝酸酒精)—酒精棉球清洗—烘干。用OLYMPUS BH–2金相顯微鏡采集系統(tǒng)觀察至清晰的組織并照相分析?！‰p金屬結合界面的測試硬度再一定程度上反映材料的抗磨能力，同時也綜合體現(xiàn)材料的一些物理性質，如彈性模量、屈服強度、加工硬化性質等。同時，為了研究復合層擴散界面過渡區(qū)的性能，對界面附近硬度的測試也很重要。使用金相顯微組織測試法，觀察結合界面周圍的金相組織并測試其硬度分布。澆注的鑄件通過線切割加工，然后按粗磨、細磨、拋光、浸蝕、吹干的順序制備好金相試樣。與普通金屬相比，雙金屬復合試樣在處理的時候需要浸蝕均勻，腐蝕強度相對提高。由于兩種金屬的耐腐蝕性不同，所以采用的腐蝕劑的配方為：鹽酸（d＝）5cm3，苦味酸1g，乙醇100cm3。把浸蝕好的試樣放OLYMPUS BH–2金相顯微鏡下觀察，通過金相照相機Leica DML系列進行拍照。同時采用HBV－1000型顯微硬度計對各試樣界面附近的組織進行顯微硬度（HV）測試。3　實驗結果與討論雙金屬復合錘頭的性能測試包括高鉻鑄鐵的性能測試和復合界面性能測試兩部分?！「咩t鑄鐵的性能測試硬度是高鉻鑄鐵和碳鋼復合錘頭需要檢測的一個重要方面。高鉻鑄鐵的表面硬度在一定程度上反映材料的抗磨能力，同時也綜合體現(xiàn)材料的一些物理性質，如彈性模量、屈服強度、加工硬化性質等。所得結果如表1所示：表1　實驗數(shù)據(jù) experimental findings編號熱處理工藝硬度（HRC）沖擊韌性αk（J/cm2）1鑄態(tài)－2退火態(tài)－3淬火態(tài) 960。C 4h 風冷回火 C 2h4淬火態(tài) 960。C 4h 風冷回火 350。C 2h5淬火態(tài) 960。C 4h 風冷回火 500。C 2h由表1可以看出,在960℃之后隨著淬火溫度的升高，由于奧氏體晶粒長大導致硬度降低。同時隨回火溫度的升高，沖擊韌性也有所下降。采用加熱到960℃，保溫4小時，風冷，250℃回火，保溫2小時的這種熱處理工藝得到的試樣洛氏硬度（HRC）與沖擊韌性（αk）為所有試樣中最好的，具有較高的耐磨性和較好的抗沖擊性能，復合錘頭工作條件的要求?！「咩t鑄鐵的金相組織的觀察本實驗采用緩慢加熱到960℃（加熱速率，100℃/h），保溫4小時，出爐強制風冷淬火。當鑄件溫度降至100℃以下時,入爐進行回火處理，回火溫度為250℃，保溫2小時，出爐空冷。所得金相組織為M7C3共晶碳化物+馬氏體+少量殘余奧氏體。如圖4所示：150μm60μm圖4　金相組織圖 Metallograp　雙金屬復合材料界面的測試結果本實驗通過測試界面兩側顯微硬度的情況，反應結合處兩種金屬的過渡層情況。良好的界面結合的顯微硬度變化情況為界面兩側的硬度差異很大，而過渡區(qū)是平滑的過渡。硬度測試結果如圖5圖5 界面顯微硬度圖 the microhardness of interface結合界面兩側顯微硬度差別很大，而在兩者之間的界面處顯微硬度值在HV600左右，界面處過度比較平緩，因此兩種材料的結合情況良好。圖6 結合界面的金相圖 Metallograp of interface4　結 論本文研究了高鉻鑄鐵——碳鋼液固結合雙金屬復合錘頭的制備工藝、熱處理工藝、界面結合性能、界面顯微組織和型內感應預熱。通過一系列的實驗以及所得出的數(shù)據(jù)，可得出如下結論：對復合錘頭界面的硬度測試表明：界面結合良好的復合錘頭界面處的硬度是呈線性變化的，在組織和性能上存在一個穩(wěn)定的過渡區(qū)。說明錘端高鉻鑄鐵的成分選擇合適，采用淬火+回火的熱處理工藝，得到的組織為斷續(xù)分布的M7C3共晶碳化物+馬氏體+少量殘余奧氏體，使力學性能得到了保證，達到了雙金屬復合的目的且性能優(yōu)良。由于是采用鑲鑄工藝，復合界面出現(xiàn)了少量微小氣孔，但綜合力學性能依然很好，比原來的高錳鋼錘頭高出五倍以上。錘柄采用型內感應預熱，加熱效率高，加熱方便，加熱時間容易控制，表面溫度變化小，且不易氧化，有利于界面的冶金結合。同時，型內感應預熱保證了工件的定位準確和尺寸精度，無需來回移動和定位，提高了生產效率，同時勞動環(huán)境較好。參考文獻[1] 許春偉, 李炎, 魏世忠, 龍銳. 液固雙金屬復合界面研究新進展. 熱加工工藝. 35(20)(2006). 7073[2] 管平, 馬青圃, 胡祖堯, 杜月春. 雙金屬耐磨件復合鑄造工藝試驗. 農業(yè)機械學報. 37(7)(2006). 174177[3] 柴增田. 現(xiàn)代復合錘頭鑄造技術. 礦山機械. 04(2003), 1516