Si_C比对灰铸铁组织和性能的影响

!"7, 比值的提高而稍有提高或保持不变 !当 !"?K2F6
表 $ 不同 !" 范围内 ’(,* 比对硬度 -./0 的影响
!"7, @2B4@25 !" 96: @254K2D K2D4K2. D2ED /5. /*E /BE D2EE /5B /*B /BD D2BD /SD /*K /E5 D2BE /SD /*E /EB D2*D /SE /5D /KS D2*E /SB /*5 /ED D25D /S. /*K /K/ D25E .D/ /*E /KD
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表 ’ 高 +,-. 比灰铸铁的弹性模量比较 ?!%)@7%"ABCD
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密烘铸铁
ห้องสมุดไป่ตู้
’*) +,-. 比对灰铸铁切削性能的影响
普通灰铸铁件表面因激冷 ! 会形成一层坚硬的表 层 " 而这一层往往是所留机械加工余量 !给加工带来很 大不便 ! 特别是普通灰铸铁因激冷容易出现白口 !尤其 边角处 ! 往往要退火后才能加工 ! 有时甚至报废 ! 给生 产造成困 难 " 高 ’()* 比铸 铁件就不会 有这种情况 发 生 ! 即使很薄的飞边也无白口 ! 铸件的薄壁和尖角等易 形成白口的部位 ! 也可完全获得灰口组织E&&F" 这是因为 高 ’()* 比铸铁件的表层存在一层很薄的铁素体层 ! 该 层铁素体的存在使高 ’()* 比的铸铁件表层硬度低 ! 故 可改善切削加工性能 !而又不影响使用性能 " 有学者E<F 进行了切削性对比试验 " 结果表明 ! 加工高 ’()* 比铸 铁件的刀具磨损量少 ! 比普通灰铸铁小 "%L 还多 ! 而 且在切削加工中刀具运行平稳 #排屑流畅 # 噪音也小 "
9888: 晶面与石 墨 90008: 晶面有良 好的共格 对应关系 !
表面层大量的奥氏体析出使共晶转变时石墨依附于奥 氏体枝晶间 ! 故高 !"+, 比铸铁件在凝固较快的表面层 形成大量的奥氏体枝晶与 ; &< 石墨 ! 其中点状石墨提 供了现成的生长面 !使共析转变按稳定系进行 !即奥氏 体转变成铁素体加石墨 ! 由于枝晶间石墨厚度小 !使生 成的铁素体连成一片 ! 从而使铸件表面形成一层铁素 体层 $
图 .== 硅碳比对灰铸铁抗拉强度的影响
!"-. 颗粒 ! 另一方面又限制了共晶石墨的及早析出 !
固态的初生奥氏体枝晶导热性能良好 ! 使结晶析出的 潜热沿枝晶很快散发 ! 使得石墨共晶在较低的温度下 进行 ! 并在枝晶间的富碳液体中大量生核 ! 首选在紧靠 枝晶间的富碳处生成石墨核心 $ 文献 %/0’ 认为 !在相同 的冷却速度下 ! 随含硅量的增加 ! 共晶过冷度减少 ! 最 小共晶温度升高 $ 随着含硅量的增加 !共晶共生区的位 置向右偏移 ! 从而使高 !"+, 比灰铸铁中的奥氏体枝晶 数量增加 $
!+! ’(,* 比对硬度的影响
表 H 列出了在不同 !" 值范围 内 ! 硬度随着 !"7, 比值变化的数据%H@’$ 提高 !"7, 比值使铸件中硅的固溶 强化作用增强 ! 使硬度提高 ! 如 !" 较低时 ! 铁素体含量 不多 !这种趋势就会保持下去 % 但当 !" 高时 ! 铁素体析 出较多 !故又使硬度降低 $ 两种作用的结果会使硬度随
用应力框测定灰铸铁残余应力的探索61铸造技术比值铸铁的强度及内应力61铸造技术比对灰铸铁收缩倾向的影响61铸造低应力铸铁机械性能与机加工性能改善机理的探讨61现代铸铁
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,-./ 比对灰铸铁组织和性能的影响
武宏 0 付永红 0 王发展
图 .R 相同碳当量 % 不同 !">& 时的石墨组织
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收稿日期 (;++M9+=9+O 作者简介 ( 武宏 &.,O+9 ’! 男 ! 内蒙古包头人 ! 工程师 ! 研究方向为材料科学与工程 eRC9\3"4 (d3[bXf.’gh.)i(YZ\
! 热加工工艺 "
!""# 年第 ! 期
综
述
#1
在相同碳当 量条件下 ! 随 着 !"#$ 比的 提 高 ! 灰 铸 铁中的奥氏体枝晶数量增加 " 灰铸铁强度提高的结论 已被大量的科学试验和广泛的生产实践所证实 # 但从 相图上可知 ! 初生奥氏体数量决定于铁水中的含碳量 与共晶点含碳量之差值 ! 差值越大 ! 初生奥氏体越多 $ 硅的提高使共晶点含碳量减少 !差值变小 ! 故初生奥氏 体减少 %同时奥氏体的数量还与其析出时形核 & 生长情 浮于铁水中的二氧化硅颗粒可作为奥氏体的结晶核 心 $ 有些学者 则认为 !高 !"+, 比铸铁会有较大的过冷
高 !"#$ 比灰铸铁 ! 系调整普通灰铸铁中的硅 " 碳 含量 !使 !"%& 比达到 ’()*+(,!再加以适当的孕育和合 金化而获得 的 具 有 良 好 综 合 性 能 的 高 强 度 灰 铸 铁 !
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增加而增大 $ 当 !">& 比 D+(M 时 !!" 量较低 ! 为 ?()=N ! 促进石墨化能力弱 ! 石墨核心少 !共晶转变时稳定系统 与介稳定系统之间温度差别小 ! 碳原子来不及充分聚 集析出 ! 导致共晶时只能有一部分碳原子在初生奥氏 体周围以石墨形式析出 ! 沿着奥氏体散热方向长大生 成 C 型石墨 ! 不能扩散聚集的碳原子就近与铁原子形 成共晶莱氏体 K7! 初生奥氏体共析转变成珠光体 I $ 当 !">& 比 D+(O 时 !!" 增加到 P(?)N!石墨化能力增强 ! 在铁液中到处引起 !" %& 原子的浓度起伏 !石墨晶核大 大增多 ! 碳原子可以就近扩散聚集到石墨核心上 ! 形成 均匀分布的 G 型石墨 ! 初生和共晶奥氏体经共析转变 形成珠光体 I $ 当 !">& 比 D+(, 时 !!" 增至 P()=N !!" 促 进石墨化能力继续增强 !但碳量降低了 ! 致使在初生奥 氏体周围析出的共晶石墨强烈分枝发叉 ! 形成细小点 状的 H 型 石墨 ! 又由 于石墨过于 集中分布 ! 使 周围基 体碳量降低 ! 共析时形成铁素体 L ! 初生奥氏体共析转 变形成珠光体 I$
?AAAAA!"%& 比对灰铸铁组织的影响
+*+ ,-./ 比对灰铸铁石墨形态的影响 研究表明 -B/! 在相同的碳当量下 !!">& 比不同将导 致石墨形态的不同 $ 图 . 为 &CD=(@E ! 而 !"%& 比不同
时的石墨组织照片 $ 从图 . 看出 !&C 一定时 !!"%& 比 从 +(B!+(F!+(, 变化时 ! 石墨片分布类型由 C 型 !G 型!H 型变化 !基体组织由 IJK7!I!IJL 变化 $ 这是 因为 !" 是强烈促进石墨化的元素 ! 其作用随本身含量
& 西安建筑科技大学 机电工程学院 ! 陕西 西安 !!"##$$ ’ 摘 要 ( 综述了 !">& 比对高强度灰铸铁的石墨形态 % 奥氏体数量和铸件表层铁素体等显微 组 织 以 及 对 铸 铁 件 的 力 学 性
能和铸造性能的影响 # 关键词 (!">& 比 ) 灰铸铁 ) 显微组织 ) 力学性能 ) 铸造性能 中图分类号 ( !"#$%&% ’( 文献标识码 (Q 文章编号 (?++?R9=@?STPUUMVUM9UUM@9U=
见 ! 当 !"?@256 时 !!"+, 比 值 增 大 ! 对 !> 影 响 很 小 %
!"A@2B6C@256 时 !!"7, 比值在 D2EFGF2*E 时 !!"7, 比
增大 !!> 增 大 %!"7, 比 大 于 F2*E 时 !!"7, 比 值 增 大 !!> 反而减小 %H.’$ 这是因为 !" 值小 ! 碳元素也少 ! 而碳是铁 液凝固 时影响奥氏体形成数量的主要元素 ! 碳愈低 !奥氏体数 量增多 ! 这时如果提高 !"7, 比值 !!" 含量增加到稍低 于显著促进石墨化的临界值 !珠光体数量也就增多 ! 铸 铁强度就可以提高 $ 当 !"7, 比值提高到一定程度时 !
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1==!"7, 比对灰铸铁性能的影响
!%$ ’()* 比对强度的影响 !"7, 比对抗拉强度 !> 的影响曲线如图 1 所示 $ 可
!> 7 PQR
况及共晶凝固时的过冷度大小有关%&’$ 据文献 %( !)’! 悬
!"A@2B6LM256 !"A@256NK2D6 !"AK2D6OK2.6
度 ! 这是与共 晶转变时核 心量少有关 ! 因为高 !"+, 比 铸铁冷却曲线上拐点突出 ! 说明奥氏体生长时消耗了 大量核心 % 另外 ! 大量的初生奥氏体枝晶的形核和生 长! 一方面消耗了大量的也可作为石墨结晶核心的
具有广泛的应用前景 # 因此 ! 早在 .,)+01 初 !23456789
:"4478 等人
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就提出了提高灰铸铁的 !">& 比可显著提
高灰铸铁抗拉强度的观点 $ 进入 ?,@+01 ! 调整灰铸铁
!">& 比的研究受到国内有关方面的广泛重视 ! 并取得
了大量研究成果 $ 本文从 !">& 比对灰铸铁的组织和性 能的影响方面对这些研究成果进行综述 $
!" 含量增加到显著促进石墨化的临界值以后 ! 铸铁的 强度反而下降 I 其次是碳含量降低使石墨析出减少 ! 故
石墨割裂基体的作用减弱 ! 加之灰铸铁中更多的硅固 溶于铁素体中使之强化 $ !"7, 比值不断提高 ! 共析转 变温度也在升高 !使珠光体在较高温度下形成 !片层间 距增大 %又因高硅使碳在奥氏体中的溶解度急剧下降 ! 并扩大了铁素体 J 奥氏体 J 石墨三相区的范围 ! 使奥 氏体向铁素体的转变量增多 !因此 !!"7, 比提高可以产 生两种相反的影响 $ 当提高强度的作用大于降低强度 的作用时 !!"7, 比值提高 ! 强度上升 ! 否则 !"7, 比值提 高 ! 强度下降 $
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+*’ ,-./ 比对奥氏体数量的影响
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$%& 铸件表面铁素体层的形成 在 高 !"+, 比 铸 铁 中 硅 含 量 一 般 较 高 ! 通 常 在 120341256左右 ! 因而提高了碳的活度 ! 促使共晶与共
析转变按稳定系进行 ! 其实质是高 !"7, 比铸铁最先凝 固的表面层 ! 析出的是奥氏体枝晶与过冷石墨 !同时在 硅的作用下 ! 附件基体中的碳易扩散到石墨上聚集 !因 而形成铁素体层 ! 使铸件表面层软化 $ 另外 ! 硅是偏析 性较强的元素 ! 在铸件最先凝固的表层中富硅 ! 使碳在 其中的溶解能力降低 ! 在冷却过程中和随后的共析转 变中使铸件表面层基体软化 $ 文献 %88’ 借助冶金学原 理 ! 对表层铁素体层的形成给予了解释 !认为铁水浇入 铸型后 !铸件表面与铸型接触而产生激冷 ! 因较快的冷 速 ! 使有效的 !"-1 核心增加 ! 从 而给表面层 奥氏体枝 晶大量析出提供了大量的非自发核心! 由于奥氏体
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律相同 ! 随 ’()* 比的提高 ! 残余应力下降 $ 大应力框的 残余应力却随 ’()* 比的提高而增大 " 在 "! 相近的情 况下 !’()* 比对铸铁残余应力虽有影响 !但这一影响从 数值上看并不显著 "
铸铁级别 高 ’()* 铸铁