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鑄鋼件的雙相區(qū)熱處理

近年來，用于低溫下的鑄鋼件日益增多，其中不少是低溫下的承壓件，這類鑄件大都對低溫沖擊韌度有嚴(yán)格的要求。 
  在對鑄鋼件的種種要求中，對很多鑄鋼廠來講，Z難的達(dá)標(biāo)的就是沖擊韌度。通常為提高沖擊韌度而采取的措施不外以下幾種： 

  ◆ 降低含碳量； 
  ◆ 適當(dāng)提高錳、碳比(Mn/c)； 
  ◆ 加入合金元素，如Ni,Cr,Mo等； 
  ◆ 降低含硫量； 
  ◆ 減少鋼中的硫比物夾雜，改善硫化物夾雜的形態(tài)； 
  ◆ 采用爐外精煉工藝； 
  ◆ 改進(jìn)熱處理 
  上述各項措施中，改進(jìn)熱處理是應(yīng)當(dāng)重視的SX方案，因為： 
  ◆ 不導(dǎo)致鑄造工藝過程的重大調(diào)整； 
  ◆ 不必添加設(shè)備； 
  ◆ 生產(chǎn)成本增加很少。 
  1978年，E. G. Nisbett、R.D.ASP和D. E. Morgan等人發(fā)表了對鍛造碳鋼進(jìn)行雙相區(qū)熱處理的研究結(jié)果。核電站用的碳鋼鍛件，經(jīng)雙相區(qū)熱處理后，沖擊韌度約提高了兩倍，而抗拉強(qiáng)度只略有下降。 

  此后，加拿大的鑄鋼業(yè)界和歐洲的一些企業(yè)對鑄鋼的雙相區(qū)熱處理進(jìn)行了研究，也得到令人滿意的效果。 

  1．什么是雙相區(qū)熱處理 

  鑄件的雙相區(qū)熱處理，是在鑄件原實(shí)施的正火或淬火的基礎(chǔ)上，再加以只熱到雙相區(qū)的第二次正火或淬火處理。 

  雙相區(qū)在A1和A3之間，鋼在此范圍中不*奧氏體化，組織由α加γ兩相構(gòu)成，所以稱為雙相區(qū)。共析鋼沒有雙相區(qū)，所以，這種處理只適用于亞共析鋼。鋼的含碳愈低，其雙相區(qū)的范圍也就愈寬。 

  顯微組織為鐵素體加珠光體的亞共析鋼，加熱到A1以上的溫度，組織中的相變情況大致如下： 

  a．剛超過A1（727℃） 

  鐵素體基本上保持不變，珠光體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。新的奧氏體晶粒在珠光體團(tuán)的邊界上生核，珠光體中的片狀碳化物粗大化并變成球狀。隨著轉(zhuǎn)變過程的進(jìn)行，碳從球狀碳化物向不斷長大的奧氏體中擴(kuò)散。這樣，就在原有的球光體內(nèi)形成新的鐵素體晶粒。珠光體發(fā)生這種轉(zhuǎn)變所需的時間，因鋼中合金元素含量和溫度而異，但是，在雙相區(qū)內(nèi)經(jīng)1小時大約可完成 90%。由珠光體形成的奧氏體，其初始含碳量接近共析成分（即0.77%左右）。 

  b．加熱到雙相區(qū)內(nèi)較高的溫度 

  如將鋼加熱到較高的溫度，則奧氏體區(qū)會進(jìn)一步擴(kuò)大到原有的鐵素體中，奧氏體的含碳量也會逐步降低到接近鋼的成分。原有的鐵素體中也可能形成一些小而孤立的奧氏體。 

  鑄鋼件在雙相區(qū)保溫后再冷卻時，生成的奧低體又轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和鐵素體。處理的主要效果是晶粒組織細(xì)化，因而能改善鋼的韌性。 

  2．熱處理工藝要點(diǎn) 

  重要的鑄鋼件，在進(jìn)行熱處理之前應(yīng)進(jìn)行一次均勻化退火，以消除魏氏組織。均勻化退火的溫度一般在A3以上100-150℃，在此溫度下保溫后爐冷。一般的鑄鋼件，可以不進(jìn)行這種處理。 

  除有特殊要求的鑄鋼件外，一般都采用退火、正火或調(diào)質(zhì)等熱處理工藝。 

  采用退火處理的鑄鋼件，對力學(xué)性能的要求一般都不高，對這類鑄件，不*雙相區(qū)處理。 
采用正火或調(diào)質(zhì)處理的鑄鋼件，如要求改善沖擊性能，可進(jìn)行雙相區(qū)處理的試驗研究，以下意見可作為試驗時的參考。 

  A．采用正火處理的情況 

  碳鋼鑄件和低合鋼鑄件，一般都采用正火或正火、回火處理。正火處理時，加熱溫度應(yīng)在A3以上30-50℃，保溫時間按鑄件截面厚度確定，一般為每25mm厚度1小時。 

  進(jìn)行雙相區(qū)熱處理時，將經(jīng)正火處理的鑄件再次加熱到A1以上，A3以下的某一溫度，保溫后空冷。A3的具體值因鋼的含碳量和合金元素含量而不同，可從熱處理手冊中查到，雙相區(qū)處理的具體溫度值值，應(yīng)由試驗的結(jié)果確定，可先在試驗室用試樣作不同的處理，從而選取效果Z佳的溫度。 
如正火后還需回火，則回火應(yīng)在雙相區(qū)處理之后進(jìn)行。 

  B．采用調(diào)質(zhì)處理的情況 

  對力學(xué)性能要求高的低合金鋼鑄件，應(yīng)采用調(diào)質(zhì)處理工藝，調(diào)質(zhì)處理包括淬火和回火兩道工序。 
鑄鋼件淬火時，加熱溫度一般在A3以上20-30℃。 

  調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行雙相區(qū)熱處理，應(yīng)在淬火之后進(jìn)行。處理溫度的選定與前述正火相同，在選定溫度下保溫后也淬火冷卻，淬火介質(zhì)與次淬火相同。 

  雙相區(qū)處理后，再進(jìn)行回火處理，回火的溫度視要求的硬度而定。