退火是球墨鑄鐵管生產(chǎn)中的必不可少的環(huán)節(jié)，對(duì)球墨鑄鐵管的質(zhì)量產(chǎn)生著重要的影響。
1.含0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵的組織和低溫韌性
含0.6%Ni球墨鑄鐵鑄態(tài)顯微組織均為鐵素體+石墨球+少量珠光體組成，沒(méi)有自由滲碳體組織，采用低溫退火處理可提高鐵素體含量與合金元素的分布均勻性。而目前應(yīng)用的低溫退火處理工藝大多工藝復(fù)雜，周期長(zhǎng)，生產(chǎn)率低，能源消耗大。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室用箱式電阻爐，通過(guò)對(duì)含0.6%Ni鑄態(tài)球墨鑄鐵進(jìn)行多次低溫退火熱處理工藝的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在隨爐加熱的過(guò)程中，當(dāng)爐溫達(dá)到600℃左右時(shí)，珠光體已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變，隨爐升溫到760℃，零保溫，隨即分別以4.5、5.5及7.5℃/min的不同冷卻速度降溫到620℃后出爐，測(cè)定珠光體量，結(jié)果表明：按4.5、5.5℃/min冷速冷卻時(shí)，珠光體全部消失，基體組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+石墨球，而以7.5℃/min冷速速度下，有15%左右的剩余珠光體。為此，試驗(yàn)采用加熱760℃，零保溫，隨即以5℃/min冷速降溫到620℃后出爐空冷的低溫退火處理工藝，對(duì)含0.6%Ni鑄態(tài)球墨鑄鐵進(jìn)行了低溫退火處理。
2.含0.6%Ni退火態(tài)球鐵組織和沖擊斷口形貌
下圖所示是含0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵的顯微組織，珠光體全部消失，得到了全鐵素體基體組織，石墨球變得較為圓整，小石墨球略有長(zhǎng)大，球徑大小也更加均勻一致。
圖中所示是含0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵-60℃下沖擊斷口的SEM照片?？梢?jiàn)，沖擊斷口由大量河流花樣組成，解理裂紋沿著一定的結(jié)晶面，穿過(guò)相鄰的晶粒，斷口有許多細(xì)小的韌窩,這表明斷裂過(guò)程裂紋萌生和擴(kuò)展阻力變大，裂紋擴(kuò)展過(guò)程中存在著塑性撕裂行為，屬于韌性斷裂。
3.含0.6%Ni退火態(tài)球鐵不同溫度下的沖擊功
含0.6%Ni退火態(tài)球墨鑄鐵不同溫度下的沖擊功測(cè)試結(jié)果下表所示?？梢?jiàn)，隨著試驗(yàn)溫度的降低，球墨鑄鐵的沖擊功均逐漸減小。
分析認(rèn)為，冷卻速度影響球墨鑄鐵的基體組織、石墨的大小和形狀，因而影響其韌性。當(dāng)冷卻速度較低時(shí)，將使石墨和共晶團(tuán)尺寸增大、球徑加大、偏析嚴(yán)重，降低其韌性、塑性，特別是錳、磷等的偏析造成韌塑性降低；而當(dāng)冷卻速度過(guò)大時(shí)，過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度愈大，珠光體與奧氏體之間的相變驅(qū)動(dòng)力也隨之增加，反而會(huì)抑制鐵素體的析出，促進(jìn)了珠光體的轉(zhuǎn)變。而冷卻速度為5℃/min時(shí)，能夠促進(jìn)珠光體發(fā)生分解轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和石墨，從珠光體中析出的石墨也會(huì)產(chǎn)生固態(tài)擴(kuò)散而沉積到原石墨球表面；另外，球墨鑄鐵組織中存在1.8%至2.0%的Si元素，能夠促進(jìn)鐵素形成。而球墨鑄鐵退火處理時(shí)，碳原子能夠充分?jǐn)U散，碳原子會(huì)聚集在石墨球表面，使得小石墨球略有長(zhǎng)大，石墨球也變得更圓整，球徑大小也更加均勻一致，石墨數(shù)量增多。另外，退火處理還提高了合金元素在基體中的分布均勻性，基體的固溶強(qiáng)化作用增強(qiáng)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用亦增強(qiáng)，促使材料的強(qiáng)韌性提高。
沖擊試驗(yàn)時(shí)，首先在石墨/基體界面發(fā)生剝離，接著石墨周圍的鐵素體發(fā)生局部的塑性變形，形成微裂紋，但由于鐵素體具有優(yōu)良的塑性和韌性，容易鈍化而阻礙裂紋擴(kuò)張。而球墨鑄鐵的塑性變形是通過(guò)晶體內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和位錯(cuò)增殖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隨著溫度的降低，由于鐵素體呈體心立方結(jié)構(gòu)，從塑性到脆性具有明顯的轉(zhuǎn)變，而鎳能夠細(xì)化基體中的鐵素體晶粒，增大球墨鑄鐵中原子的激活能和位錯(cuò)塞積前的彈性能，易使相鄰晶粒位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而松馳。
因此，含0.6%Ni球墨鑄鐵采用加熱760℃，零保溫，隨即以℃/min冷卻速度降溫到620℃后出爐空冷的低溫退火處理工藝，可得到全鐵素體基體組織，提高了合金元素在基體中的分布均勻性，沖擊試樣在-60℃下仍然屬于韌性斷裂，沖擊功仍高達(dá)13.2J，能夠滿足球墨鑄鐵管、球墨鑄鐵管件需求。
