当叶轮在室温较高时或叶轮尺寸大时,由于叶轮在型内冷却时处于高温阶段的时间较长,奥氏体发生热稳性,碳和铬等无素的析出速度降低,于是在降温过程中奥氏体中的含碳量也较多,所以孪晶马氏体含量增多,铸态叶轮的硬度也较高。
光学显微镜下的基体组织
从图2中看到,叶轮盖板铸态的基体组织中没有珠光体组织出现,但仅在碳化物边缘附近奥氏体发生少许转变,可以说奥氏体未看到明显地转变。所以开始在检测基体组织时,人们认为基体组织为奥氏体。
透射电镜下的基体组织
北京中科院物理研究所白雪冬教授对铸态挖泥泵叶轮盖板试样进行透射电子显微镜分析,用CCD扫描出基体组织,采用高分辨对基体组织进行分析。图3是CCD扫描出共晶碳化物旁的基体组织,从图3(a)中看到在碳化物旁出现针状马氏体织,在(b)中看到基体明显地发生了变化,不是奥氏体组织。大。从图4中看到,基体中有白色的组织析出,我们认为是二次碳化物的析出,但对基体变化后的组织仍需要作进一步的分析。图5是对基体进行的高分辨分析,我们对图5的照片与高分辨的马氏体照片进行比照,知道图5中基体的组织是马氏体组织。
从透射电镜的分析结果可知,铸态叶轮的基体组织主要为:马氏体+二次碳化物,并且马氏体和二次碳化物的尺寸很细小。
×一射线衍射对基体的分析
为了进~步对基体组织进行分析,我们去国家钢铁材料测试中心对叶轮基体组织进行×一射线衍射分析。分析报告示于图6。报告中圆形试样是从叶轮盖板本体的取样,其碳化物体积分数(cVF)为25%,残余奥氏体量为5.27%。
通过以上透射电镜和×一射线衍射对铸态马氏体高铬铸铁叶轮进行的分析结果表明,叶轮的铸态组织为:M23C6型碳化物体积分数(CVF)为25%,尺寸细小的马氏体,尺寸细小的二次碳化物,少量残余奥氏体量(为5.27%)。
铸态基体组织不是奥氏体的旁证
(1)进行亚临界热处理实践。开始我们以为叶轮的基体组织为奥氏体,在2000年对新海狮挖泥泵叶轮进行亚临界热处理,经530℃保温1 0小时后,硬度仅提高1~2HRC。若是奥氏体基体,则硬度会上升得多一些。
(2)模拟叶轮的热处理实践。冲击试样经900℃落砂入炉×0.5h→850℃×2h(以后每降50℃×2h)→400℃炉冷到250℃→出炉空冷。基体组织为M+Ar,但基体显微硬度较高,为557~657HV。此说明叶轮经比模拟处理冷却速度慢得多时,绝不会为奥氏体,只能是奥氏体的转变产物。
(3)从理论上讲,合金中稳定奥氏体合金元素含量也不足以出现常温下奥氏体组织。通常含镍量大于5%才能出现铸态奥氏体。
对铸态马氏体基体硬度低、韧性高的原因的释疑
我们知道马氏体的硬度主要由马氏体中过饱和的碳量所决定,当过饱和的碳量较低时,马氏体的正方度较小,为位错马氏体,其硬度低,但其韧性较高。从高分辨照片中看到,基体中析出较多的细小的二次碳化物,降低了奥氏体中的含碳量,并促使奥氏体发生马氏体转变。
当叶轮在室温较高时或叶轮尺寸大时,由于叶轮在型内冷却时处于高温阶段的时间较长,奥氏体发生热稳性,碳和铬等无素的析出速度降低,于是在降温过程中奥氏体中的含碳量也较多,所以孪晶马氏体含量增多,铸态叶轮的硬度也较高。
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