摘要
球墨铸铁作为高强度铸铁材料，具有良好的综合力学性能，被广泛应用于风力发电，交通运输等领域。随着各工业领域向轻便化、低能耗、高效率的方向发展，普通球墨铸铁难以继续满足市场要求，对球墨铸铁的综合性能提出了更高的要求。因此，本文以球墨铸铁为研究对象，以钒为合金化元素，通过调整钒含量和优化热处理工艺的方式，研究分析钒及热处理工艺对球墨铸铁组织与力学性能的影响规律。 本文首先浇铸钒含量为0、0.05%、0.1%、0.15%和0.2%的壁厚为25mm的标准Y型试块，研究钒对球墨铸铁铸态组织及力学性能的影响规律。结果表明：随着钒含量的增加，试样组织中石墨球化率、球化等级均影响不大，球化率基本保持在80%～90%，球化等级为3级，球径级别为6级。基体组织为珠光体、铁素体和少量钒、钼复合碳化物，随着钒含量的增加，珠光体含量先增加后减少，铁素体含量先减少后增加，而碳化物的数量逐渐增加，当钒含量为0.1%时，珠光体含量达到最高为74.8%，铁素体含量最少为22.3%。铸态球墨铸铁抗拉强度、硬度均呈现先上升后下降的趋势，而延伸率与冲击韧性呈现下降的趋势。当钒含量为0.1%时，抗拉强度、布氏硬度达到最高，分别为564MPa,210HBW，延伸率、冲击韧性分别为12.1%、6.3J/cm2。 其次，对不同钒含量试样进行热处理工艺优化，选择热处理态的最佳钒含量以及最佳热处理工艺。正火温度设定为840℃、890℃、940℃、990℃和1040℃，保温2小时，观察不同正火温度和不同钒含量对基体组织与力学性能的变化规律，确定最佳正火温度。结果表明：在进行正火处理后，基体组织由珠光体、贝氏体和铁素体组成，随着正火温度的升高，基体中贝氏体含量逐渐减少，珠光体含量逐渐上升，铁素体含量变化很小；当正火温度为940℃，试样的综合性能达到最佳。为了消除正火后基体组织中形成的贝氏体与残余应力，再对最佳正火温度后的试样进行高温回火处理，回火温度设定为530℃、560℃、590℃和620℃，保温1小时。结果表明：在进行高温回火处理后，贝氏体发生分解生成回火索氏体，当回火温度为560℃时，回火索氏体组织中游离渗碳体数量最少，析出的碳化物分布均匀，布氏硬度较正火后会明显下降。 因此，采用正火温度940℃，保温2小时，回火温度560℃，保温1小时的热处理工艺，球墨铸铁的综合性能最佳。然后在该热处理工艺下探讨了钒含量对热处理态球墨铸铁组织及性能的影响。结果表明：经过热处理后，球墨铸铁中的珠光体含量均达到了95%以上，还存在少量的回火索氏体，当钒含量为0.15%球墨铸铁的综合性能达到最佳，此时球墨铸铁的抗拉强度、伸长率、冲击韧性和布氏硬度分别达到了1020MPa、3.9%、2.8J/cm2和294HBW。
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