潍柴 船用柴油机
黄智翔++吕江华
[摘 要]二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展，热处理工艺是指将固态的材料通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。船舶柴油机铸铁块是关键的构成部分，通过热处理工艺改变的是工件内部的组织或表面化学成分，从而提高工件质量、改善其性能，一般来说都不会影响到工件的性状或是整体的化学成分。本文通过对热处理工艺下船舶柴油机铸铁块的性能、组织的变化分析，得出相应的影响因素和变化规律，让后期的相关研究和工艺操作提供一定的参考。
[关键词]热处理工艺；船舶柴油机；铸铁件；性能分析；
中图分类号：U664.121 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0319-01
1 前言
铸铁块的性能对整个船舶制造业有着重要的影响，抗压性、抗拉性、耐磨性好的铸铁块可以更有效的提升船舶的质量，但在船舶制造业的机械加工中，一般材料的自身性能通过相关的工艺处理后依然难以满足行业的性能需求，热处理工艺的应用能够有效的提升各部件材料的抗压、抗拉和耐磨性能。正如热处理工艺的工作原理，对材料进行处理时并未改变材料的整体化学成分和形状，而是让工件的内部细小组织发生变化，或者只是改变其表面的化学成分，从而让工件的内部性能发生改变或者让其具有其他特殊性能，而这些性能的改变通常需要借助机器能进行测试衡量，肉眼是无法识别的。
2 试验材料与方法
铸铁块的化学成分如表1所示，本次实验的材料为铸铁块。实验的样品通过熔模精密铸造法制备，清理、切割、取样后的成型铸铁棒依次进行拉伸和冲击的实验。一般来说将试验的样品分为三组，拉伸的样品为一组，控制其样品尺寸标距：10mm、3mm*2mm；冲击样品为一组，制样的标准严格按照依据GB/T229-2007；另一组为空白的样品组，是为了鉴定铸铁块自身组织的性能试验。
每一组样品都必须经过淬火、回火两个试验，其中淬火的温度设置为1000℃，回火的温度进行不同阶段温度的记录，分别是500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃，而回火的保温时间控制在1小时，后续将其进行空冷到常温。详细记录铸铁件经过热处理工艺后的形态、构成，一般选用金相显微镜进行观察。
3 试验结果及分析
铸铁件经过淬火、回火后的金相组织，试验回火的温度是550℃，由图片可以看到，铸铁件在热处理以后的组织关键是高温铁素体和马氏体，其组织中如针状的形态是马氏体，结构组织属于没有全部奥氏体化的。高强度和硬度的主要特性就是马氏体的比例，铸铁件经过淬火、回火的热处理后，组织中含有比例较高的马氏体，所以从微观组织的角度来说，这个铸铁件有着很高的硬度和强度。随着铸铁件的热处理工艺逐渐成熟和发展，提升淬火的温度，能够使马氏体中的奥氏体颗粒化，这个反应并不会提高试样的力学性能，所以要保持铸铁件的力学作用一定要采用适宜的淬火和时间温度，有利于更好的保障铸铁块的重要性。
试验中为了解铸铁件的相关力学性能，以及不同的回火温度与铸铁件间的规律和对应关系，在不同的回火温度下进行硬度、强度和冲击性能的分析，记录下相应的淬火温度下、不一样的回火温度同力学性能的图像关系，如下图1所示，为铸铁件在回火温度分别为500℃、540℃、580℃、600℃、650℃、700℃下的力学性能。
如图1所示的不同回火温度下的力学性能显示可以看出，铸铁件的強度和回火温度升高成反比，其硬度也在随着降低，但铸铁件的冲击吸收性能却成正比随之升高。伴随着回火温度的升高，铸铁件的强度的屈服性和抗拉性趋势一样，都保持逐渐下降的趋势，而造成强度变化的主要因素是因为回火温度的升高渐渐溶解了铸铁件的碳化物，从而因晶格的挤压增加了马氏体的强度；另一方面，回火温度升高让奥氏体也在增加，进而降低了铸铁件的硬度和强度。对着温度的不断升高，内部发生的两种作用同时影响了铸铁件自身的强度和硬度变化。
从上述中可知，当回火温度升高时铸铁件的硬度、强度随之降低，也就是说内部组织的碳化物的溶解、奥氏体增加的作用下，其硬度和强度均处于下降的趋势。在图中数据可以看出来，回火温度升高至500℃至700℃时，强度的降低系数都大于50%，所以在回火温度升高的条件下，铸铁件的强度变化比较较大，其受影响因素很大，因而控制好回火温度有利于很好的控制铸铁件的强度。而铸铁件的硬度变化同强度变化趋势一样，在回火温度不断升高的前提下，硬度的下降概率也均大于50%，降低趋势和变化值和强度的变化大致相同，所以在一定程度上控制好适宜的回火温度，能够进行强度和硬度的同时影响以及二者间的相互表示。根据试验结果和研究可以看出，在铸铁件进行了淬火、回火以后，在500℃时，内部组织的奥氏体慢慢分解成沿马氏体界面进行分布的渗碳体，使得当回火温度保持500℃时能够让铸铁件有最优的硬度和强度。而由于回火温度的逐渐升高也就让奥氏体进行完全分解，减少了碳化物和刺激了奥氏体逆化形成，进而降低了铸铁件的硬度和强度，增强了其冲击韧性。那么对于铸铁件的冲击吸收性能来说，是同回火温度的升高成正比的，在500℃时从40J/cm2，至700℃时增加到130J/cm2，其上升概率为225%。图中的冲击吸收吸能的变化可以总结出，其增加的趋势是逐渐缓慢的，而发生变化的最大阶段位是500℃到600℃间，随后其冲击吸收功德增长开始变得极为缓慢。
4 结语
通过以上的分析和试验数据可以得出，热处理工艺对船舶柴油机的铸铁件影响较大，主要在以下三方面：
（1）当淬火的温度达到1000℃、回火的温度为550℃时，通过金相组织显微的结果显示，铸铁件的内部微观组织成分为高温铁素体和马氏体。
（2）当淬火温度达到1000℃、回火的温度为500℃至700℃时，期间由于回火温度的上升，其硬度和强的均在下降，而变化的概率都大于50%；铸铁件的冲击韧性随着回火温度升高正比上升，其变化率为225%。要改善铸铁件的硬度、强度和冲击韧性，可以适当的进行回火温度的调节。
（3）当控制一定的淬火温度后，其回火温度把控在500℃至600℃间，能够保障铸铁件保持优良的硬度和强度；而将其回火温度控制在600℃和700℃间可以有效的保证铸铁件的冲击韧性；当回火温度控制在600℃时，铸铁件的冲击韧性、硬度和强度都是最好的状态。
参考文献
[1] 燕来生.热处理工艺对高铬铸铁组织和性能的影响[J].内蒙古工业大学学报，2005，24（3）：201～203.
