鑄鐵是一種常用的工程材料，其產(chǎn)量逐年遞增。尤其鑄態(tài)冷硬鑄鐵近20年來發(fā)展迅速，目前年產(chǎn)量已占灰鑄鐵1/3，每年以2%～4%速度遞增。為了提高各個(gè)行業(yè)機(jī)械零件，尤其是大型零件的耐磨性和使用壽命，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已廣泛采用鑄態(tài)貝氏體球墨鑄鐵。我國近年來也生產(chǎn)了這種類型的零件；但由于生產(chǎn)節(jié)拍的加快，以及我國冶煉、鑄造等相關(guān)技術(shù)還不夠穩(wěn)定，多數(shù)生產(chǎn)的是亞共晶白口鑄鐵。這種材料難以滿足用戶的更高要求，用常規(guī)熱處理方法無法解決耐磨和脆性等問題，只能用激光表面強(qiáng)化加以改性。
國內(nèi)外對灰口鑄鐵、球墨鑄鐵已做了許多激光表面強(qiáng)化的研究；而對白口鑄鐵激光強(qiáng)化的研究尚未見報(bào)道。本文從大型零件上取下試塊，研究經(jīng)激光表面強(qiáng)化后的組織特征，試圖解決亞共晶白口鑄鐵使用壽命低、脆性大的難題。實(shí)驗(yàn)材料和方法貝氏體球墨鑄鐵制造方法有4種，即等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵、硅錳合金化連續(xù)冷卻貝氏體球墨鑄鐵、等溫淬火硅錳合金化貝氏體球墨鑄鐵和鑄態(tài)貝氏體球墨鑄鐵。最后一種成本低、工時(shí)省、生產(chǎn)周期短，更具有工程價(jià)值，但力學(xué)性能略低于前3種。亞共晶白口鑄鐵基本組織特征在鑄態(tài)下獲得貝氏體球鐵有兩種措施：合金化或改變鑄鐵冷卻條件，后者對大型鑄件難以實(shí)現(xiàn)。
目前最現(xiàn)實(shí)的辦法是合金化.本實(shí)驗(yàn)是選用中鎳鉻合金化。其作用有二：一是改變奧氏體轉(zhuǎn)變曲線，形成寬容度大的貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)；并使珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)明顯右移，以避免珠光體的形成。二是強(qiáng)化基體，從而提高力學(xué)性能。鎳對基體組織作用巨大，在基體組織變化的“臨界點(diǎn)”附近含鎳量的微小變化，會(huì)在珠光體和貝氏體組織之間產(chǎn)生明顯變化。
三個(gè)區(qū)的組織有所不同。表層枝晶較前兩種粗大，過渡區(qū)界限明顯。萊氏體和滲碳體仍呈細(xì)柱狀晶生長。由于冷卻速度過快，碳和合金元素在奧氏體中來不及擴(kuò)散，奧氏體化極不均勻，在奧氏體晶界和晶內(nèi)只能部分轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铖R氏體，在同一個(gè)奧氏體晶群內(nèi)有一半落在過渡區(qū)，由于此區(qū)冷卻后的溫度達(dá)不到M點(diǎn)以下，因此奧氏體殘留在過渡區(qū)。在熱影響區(qū)所有組織較前兩種狀態(tài)細(xì)化，但馬氏體轉(zhuǎn)變不如前兩種充分，馬氏體轉(zhuǎn)變的量也相應(yīng)減少。
通過3種狀態(tài)組織特征的研究說明，在相同功率密度或相同作用時(shí)間使材料表面熔化的條件下，激光作用在亞共晶白口鑄鐵的功率密度的作用不如激光作用時(shí)間貢獻(xiàn)大。這是因?yàn)殍F的熔點(diǎn)比鋼低很熱性比鋼差，按照熱傳導(dǎo)理論，激光加熱時(shí)光束中心的最高溫度反比于材料的導(dǎo)熱性。在相同激光功率密度作用下，鑄鐵熔體的過熱度遠(yuǎn)大于鋼的過熱度。
因此，鑄鐵熱擴(kuò)散需要一定的時(shí)間。另外研究表明白口鐵可以通過激光表面強(qiáng)化改善其硬脆性。綜合3種狀態(tài)的組織特性，作者認(rèn)為表面組織狀態(tài)能滿足大型工件高耐磨、低脆性的要求。
結(jié)論1）用激光表面強(qiáng)化技術(shù)可以解決亞共晶白口鑄鐵的表面不耐磨、使用壽命短的問題。
2）在相同功率密度或相同作用時(shí)間，使材料表面熔化的條件下，激光作用在亞共晶白口鑄鐵的功率密度的作用，不如激光作用時(shí)間貢獻(xiàn)大。
