高铬铸铁热处理裂纹产生原因及对策

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我厂承揽热处理的高铬耐磨铸铁件是协作厂自己配料、熔炼、浇注的。主要合金元素为Cr、Mn,用于金矿开采，工作条件恶劣，要求高硬度（HRC62-67）、高耐磨性。其中有批铸铁由于浇注成份中Cr含量不足，使铸件的临界冷却速度上升，采用常规冷却，硬度达不到技术要求，所以我们采用了油冷（见图1）。但处理后，硬度虽然达到了技术要求，铸件却出现了裂纹。我们对裂纹进行了分析并采取了相应的改进措施。

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图1　零件示意图及工艺规程

1　裂纹形态

　　裂纹出现于零件的外表面和尖角处，裂纹破断→面上无氧化，可以断定为淬火裂纹。

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2　裂纹产生的原因

　　1)铸件成份不均匀，存在偏析。
　　2)高温保温时间过长，晶粒长大，机械性能下降。
　　3)铸铁传热慢，当外部的温度很快冷却到MS点，开始转变马氏体时，内部的温度还很高，当外部转变马氏体完成后，内部才开始转变，外部承受由内部组织转变膨胀引起的拉应力，当拉应力超过材料的抗拉强度时，产生开裂。

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3　改进措施

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    3.1　加热规范的改进
　　为了使铸件内外温差尽量小，合金元素及碳得以充分的溶解和扩散，减少铸件在高温时的保温时间，将铸件的氧化脱碳程度及晶粒长大趋势控制在最小，我们采取了在200℃，400℃，800℃分段预热的加热方法，根据零件的重量和装炉量，在980℃保温45分钟，然后出炉。

    3.2　冷却规范的改进
　　过冷奥氏体在不同温度有不同的稳定性。在650℃～400℃这一奥氏体最不稳定区，应以大于淬火临界冷却速度冷却，以防止奥氏体发生珠光体类型转变，而在650℃以上和低于400℃区间冷却速度应缓慢，减少由于温差及马氏体转变所产生的热应力和组织应力，以减小变形和预防开裂。因此，零件980℃出炉后，在空气中预冷至700℃左右，然后入油。在油中静止冷却到400℃出油，空冷至150℃左右再立即回火。回火温度为320℃，保温2小时。改进后的工艺规范如图2所示。

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图2　改进后的工艺规程

　　按这一工艺热处理的铸件，硬度为HRC62～HRC65,没有出现裂纹现象。