船舶柴油机铸铁件回火温度的控制与优化

摘 要：铸铁件在船舶柴油机中应用广泛，热处理温度对铸铁件的性能有着重要影响，因此研究热处理温度对铸铁件性能的影响规律具有重要意义。文章以船舶柴油机铸铁件为研究对象，对在不同热处理温度条件下的铸铁件的组织和力学性能进行了研究，得出了热处理温度对铸铁件组织和力学性能的影响规律，对之后船舶柴油机铸铁件的热处理温度的控制与优化奠定了基础。

关键词：船舶柴油机；铸铁件；热处理

1 概述

为获取具有不同性能的铸铁件，热处理温度的高低对铸铁件性能的影响至关重要。船舶柴油机不同部位的铸铁件对于其耐磨、抗拉等强度的要求不同，其热处理温度也会不同，热处理工艺对铸铁件性能影响的规律的研究对于船舶制造业铸铁件的使用具有积极影响。文章以船舶柴油机的铸铁件为研究对象，对在不同热处理温度条件下的铸铁件的组织和力学性能进行了研究，得出了热处理温度对铸铁件组织和力学性能的影响规律，为今后船舶制造业对铸铁件的热处理温度的控制与优化奠定一定的研究基础。

2 试验材料与方法

试验材料为船舶柴油机铸铁件，其化学组成见表1。采用熔模精密铸造法制备试验样品，将浇注成型的铸铁棒清理、切割、取样分别进行拉伸、冲击试验。试样工分三组，一组为拉伸试样，拉伸试样尺寸为标距10mm、3mm*2mm，一组为冲击试样，冲击试样制样标准依据GB/T 229-2007，第三组为空白试样，用于铸铁件组织性能的测定。

三组试样分别进行淬火（淬火温度选定为1000℃）和回火（回火温度分别设定系列温度500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃），回火保温时间为1h，然后空冷至常温。金相显微镜观察热处理后铸铁件形貌。

3 试验结果及分析

图1为回火后的铸铁件金相组织（回火温度为550℃），从图中可以看出，回火后铸铁件的组织主要为马氏体和高温铁素体。由图1可以看出，铸铁件的组织呈现为较多针状，可以判断为马氏体，为未全部奥氏体化的组织结构。马氏体是高的强度和硬度的主要特征，经过回火的作用，该铸铁件具有了较高比例的马氏体，从微观组织而言，该铸铁件具有较高的强度和硬度。根据铸铁件热处理工艺研究进展，进一步提高回火温度，可有效提高马氏体的奥氏体颗粒化，奥氏体的颗粒化并不能增强铸铁件的力学性能，因此选择合适的回火温度和回火时间对于铸铁件的力学性能具有重要作用。

为测定铸铁件的力学性能以及铸铁件力学性能与回火温度的对应关系和规律，我们对不同回火温度下的铸铁件的强度、硬度和冲击性能进行了比对分析，并完成了一定回火温度下，不同回火温度与力学性能的关系图。图2为铸铁件在不同回火温度（500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃）下铸铁件的力学性能。

根据图2铸铁件在不同回火温度下的力学性能，可以得出，随着火温度的升高，铸铁件的强度呈现递减趋势，随着回火温度的升高，铸铁件的硬度也随之减小的趋势，随着回火温度的升高，铸铁件的冲击吸收功随之增高。

对铸铁件的强度而言，其屈服强度和抗拉强度的变化趋势一致，均为随着回火温度的升高，强度呈现降低趋势。影响铸铁件强度变化的因素主要有：随着回火温度的升高，碳化物逐渐溶解，因晶格挤压造成的马氏体强度增加；随着回火温度的升高，奥氏体逐渐增加，导致其强度和硬度值的降低。两种作用同时进行，影响着铸铁件的硬度和强度。由图2可以看出，强度和硬度值随着回火温度的升高而降低，说明在奥氏体增加和碳化物的溶解作用下，铸铁件的强度和硬度呈现降低趋势。根据图2数据显示，强度随着回火温度的升高，在500～700℃的范围内，其降低值均在50%以上，由此可见随着回火温度的升高，强度值减小的比例非常大，强度受回火温度的影响非常大，均在50%以上，因此对回火温度的有效控制在一定程度上能够有效控制其强度。

对铸铁件的硬度而言，其随着回火温度的变化趋势于其强度的变化趋势一致，铸铁件硬度随着回火温度的升高，其降低率达到50%以上，与铸铁件的强度变化值基本一致，因此一般情况下，铸铁件的强度和硬度值可在一定程度上互相表示。据铸铁件回火的研究进展，500℃时，铸铁件的奥氏体逐步分解，转变为沿马氏体界面分布的渗碳体，导致在回火温度为500℃时，铸铁件具有较好的强度和硬度。随着回火温度的升高，奥氏体逐渐分解完全，碳化物的减少，以及逆化奥氏体的形成，使得材料的强度和硬度逐渐降低，冲击韧性逐渐升高。

对铸铁件的冲击吸收功而言，其随着回火温度的升高呈现升高趋势，冲击吸收功自500℃的40J/cm2增加至700℃的130J/cm2，增加率达到225%。由图2的冲击吸收功变化趋势得出，铸铁件的冲击吸收功的增加呈现逐渐变缓的趋势，变化最大的阶段位于500～600℃，之后冲击吸收功的增大呈现较大变缓趋势。

4 结束语

综上所述，热处理温度影响着船舶柴油机铸铁件的强度、硬度和冲击韧性，当需要获得较高强度、较高硬度和较低冲击韧性时，可采用500～600℃的回火温度。若需要获得较高的冲击韧性，可适当提高铸铁件的回火温度（回火温度可设定在600℃以上）。不同回火温度于强度、硬度和冲击韧性的曲线可为获取不同的强度、硬度、冲击韧性提供参考，依据对材料强度、硬度、冲击韧性的不同可设定不同的回火温度。综合考虑铸铁件的强度、硬度、冲击韧性，在回火温度为600℃时，可获得具有优良强度、硬度、冲击韧性的铸铁件。

参考文献

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