Si_C比变化对高碳当量灰铸铁组织性能的影响

A + E少 263. 1 194
图 1 Si/ C 比对石墨组织的影响 100 ×
图 2 Si/ C 比对基体组织的影响 (4 %硝酸酒精腐蚀 500 ×)
2. 1 Si/ C 比对铸铁金相组织的影响 由表 2 和图 1 可见 ,Si/ C 比较低时 ,由于铁水含
有一定量的 V 、Ti ,石墨组织由 A 、D 、E 型石墨组成 ; 随 Si/ C 比升高 ,石墨组织中 D 、E 型石墨逐渐减少 , A 型石墨增加 ,组织均匀性增加 ,总的石墨数量有所 下降. 随 Si/ C 比升高 ,基体中珠光体量也逐渐下降 , 其片层间距逐渐加大 (图 2) . 2. 2 Si/ C 比对铸铁机械性能的影响
3) 随着 Si/ C 比提高 ,铸铁显微组织中珠光体和 D 、E 型石墨逐渐减少 ,且白口倾向明显减小.
4) 过高的 Si/ C 比反而使珠光体片间距粗化 ,增 加铁素体 ,强度 、硬度下降.
5) 对 4. 1 %～4. 25 %CE 的铁水 ,Si/ C 比应控制 在 0. 6～0. 76 范围内.
—
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—
2. 88 22. 12
—
—
— 其余
试验在容量为 20 kg 的酸性中频感应电炉中进 行. 用本溪生铁 、钒钛生铁 、废钢熔炼铁水 ,用锰铁 、 硅铁调整成分 ,用 RESiFe 和 75SiFe 混和孕育剂 (混 和比例为 2∶1) 孕育. 主要原材料的化学成分见表 1. 试验时固定铸铁碳当量为 4. 1 %～4. 25 % , Si/ C 比 在 0. 35～1. 0 之间变化 ,C、Si 含量由关系式 C % +
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第6期
陈队志等 :Si/ C 比变化对高碳当量灰铸铁组织性能的影响
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图 4 Si/ C 比对抗拉强度的影响
Si/ C 比变化对高碳当量灰铸铁组织性能的影响Ξ
陈队志 , 王 昕
(兰州交通大学 机电工程学院 ,甘肃 兰州 730070)
摘 要 :研究了 Si/ C 比对含 V、Ti 高碳当量 (4. 10 %～4. 25 %) 灰铸铁组织性能的影响. 结果表明 ,随 Si/ C 比提高 ,铸 铁显微组织中珠光体和 D、E 型石墨逐渐减少 ;Si/ C 比从 0. 38～0. 45 提高到 0. 60～0. 76 ,可以使铸铁抗拉强度提高 9～26 MPa ,硬度提高 0～13 HB ;合适的 Si/ C 比是在 0. 60～0. 76 范围内. 关键词 : Si/ C 比 ; 高碳当量 ; 灰铸铁 ; 组织性能 中图分类号 : TG143. 2 文献标识码 :A
22 3. 57 1. 60
4. 10 0. 45 0. 3 0. 5 99
23 3. 50 2. 09 0. 88 0. 051 0. 040 0. 132 0. 067 4. 20 0. 60 0. 3
0
99
24 3. 47 2. 32
4. 24 0. 67 0. 3
0
99
25 3. 32 2. 40 0. 84 0. 059 0. 041 0. 131 0. 070 4. 12 0. 72 0. 3
由表 2 和图 4 ,5 可以看出 ,随 Si/ C 比升高 ,抗 拉强度 、硬度逐渐升高 ;当 Si/ C 比超过某一值 (0. 6 ～0. 76) 后 , 抗拉强度 、硬度呈下降趋势. 2. 3 Si/ C 比对铸铁白口倾向的影响
如表 2 所示 ,随 Si/ C 比升高 ,白口倾向逐渐减 少 ,在本试验条件下 ,三角试块在 Si/ C ≥0. 6 后白口 宽度就为零.
[7 ] 李永宽. 高碳当量高强度灰铸铁组织性能及断裂行为 的研究[D ] . 西安 :陕西机械学院 ,1987.
图 3 Si/ C 比对基体中珠光体量的影响
3 讨论
V 能促进并细化珠光体 ,V 、Ti 具有细化晶粒和 石墨 ,促进铁水过冷 ,形成 D 型石墨的能力[1 ,3 ,4 ] . 再 加上本试验中铁水含 Mn 量较高 ,当 Si/ C ≤0. 67 时 , 基体组织几乎为全珠光体且较细小 ,而石墨组织是
—
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—
— 其余
钒钛生铁 3. 87 0. 43 0. 15 0. 110 0. 113
—
—
0. 45 0. 21
— 其余
锰 铁 1. 09 1. 45 78. 03 0. 020 0. 013
—
—
—
—
— 其余
硅 铁
— 74. 20
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0. 48
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0. 86 其余
稀土硅铁
— 45. 10
4 结论
1) 灰铸铁强度 、硬度随 Si/ C 值变化而变化. Si/ C 比从 0. 38～0. 45 提高到 0. 60～0. 76 时 ,抗拉强度 提高 9～26 MPa ,硬度提高 0～13 HB.
2) 使得高 Si/ C 比 (0. 6～0. 76) 铸铁强度 、硬度 高的原因主要是 : (1) 固溶强化作用 ; (2) 初生奥氏体 形成早 ,共晶凝固开始晚 ,奥氏体生成的时间较长 , 数量较多 ; (3) 共晶液相对减少 ,石墨数量也少.
碳当量铁水的优势 ,简化工艺 ,在较低成本下生产高 数据.
质量铸铁 ,不仅可以满足工农业及国防建设日益增 长的需要 ,而且符合我国的资源情况.
1 试验方法
表 1 主要原材料的化学成分 (抽样分析结果)
%
原料
C
Si
Mn
P
S
Ca
RE
V
Ti
Al
Fe
本溪生铁 4. 30 1. 38 0. 61 0. 042 0. 030
1 3
Si
%
=
CE
%确定
,并且配入固定量的钒钛生铁
,铁
水出炉温度 1 480 ℃～1 500 ℃,出炉后立即进行包
内孕育 ,铁水在 3 min 之内浇注 3 根 <30mm ×340 mm 湿砂型试棒和干砂型三角试块 ,舍去浇口棒 ,用剩余 2 根试棒制取金相试样并测机械性能. 从试棒底部 截取 1 cm 厚试样打布氏硬度做金相分析. 试样经磨 平并粗抛后在 1/ 2 半径处打三点硬度值取其平均值 为该试样的布氏硬度 ;抗拉强度在 30 t 万能材料试 验机上测定 ,试验值为 2 根试棒的平均值 ;珠光体含 量对照国家规范 (JB 2264 - 78) 测出.
参考文献 :
[1 ] 翟启杰. 钒在铸铁中的作用及含钒铸铁 [J ] . 现代铸铁 , 2001 , (4) :25 - 28.
[2 ] 胡家骢. 不同碳当量条件下 Si/ C 比变化对灰铸铁性能 和组织的影响[J ] . 铸造 ,1989 , (2) :1 - 5.
[3 ] 陆文华. 铸铁及其熔炼 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 1981.
图 5 Si/ C 比对硬度的影响
由细小 A 型石墨和 D 、E 型石墨混和组成. 硅作为铸铁的基本元素 ,它对铸铁的凝固过程
和性能有很大的影响. 硅首先是一个强石墨化元素 , 它可以完全溶解在奥氏体中 ,使碳在奥氏体中的溶 解度减小 ,提高碳的活度[3 ,5] ,这是硅的直接石墨化 作用 ;其次 ,硅对稳定系和介稳定系共晶温度的影响 是不同的 , 硅量的增加使两个共晶温度的差别扩 大[3] ,即石墨共晶的平衡温度提高 ,渗碳体共晶的平 衡温度显著下降 ;另外 ,硅多提高了铸铁共晶转变时 的临界冷却速度 ,即使快速冷却 ,也能石墨化[6] . 也 正是由于硅的这种作用 ,使铁水的敏感性降低 ,所以 高的 Si/ C 比能降低白口倾向 ,减少 D 、E 型石墨含 量 ,增加 A 型石墨.
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兰州铁道学院学报 (自然科学版)
第 22 卷
2 试验结果
试验结果如表 2 所示.
表 2 试验结果
炉
化学成分/ %
CE
孕育 白口宽 珠光体
次 C Si Mn P
S
V
Ti
/ % Si/ C 剂/ % 度/ mm 量 / %
21 3. 65 1. 39 0. 90 0. 056 0. 034 0. 129 0. 065 4. 11 0. 38 0. 3 1. 0 100
σ 硬度/ b
/ MPa HB
246. 0 195
A + E + D 257. 7 196
A + E + D 271. 5 204
A + E + D 272. 4 208
A + E + D少 266. 5 194
A + E少 + D少 268. 9 196
A + E少 + D少 262. 6 189
[4 ] 林小英. 钛在灰铸铁中行为的研究[J ] . 现代铸铁 ,2001 , (4) :14 - 16.
[5 ] 曾艺成. 高强度灰铸铁生产发展概述 [J ] . 球铁 ,1986 , (3) :6 - 7.
[6 ] 肖柯则. 高 Si/ C 值铸铁的强度及内应力[J ] . 铸造技术 , 1988 , (2) :31 - 32.
随着 Si/ C 比的升高 ,固溶于奥氏体和铁素体中 的 Si 量不断提高 ,这无疑起到固溶强化的作用 ,从 而提高铸铁强度和硬度. 另外 ,文献 [ 6 ,7 ] 用热分析 方法证实随 Si/ C 比提高 ,铁水液相线提高 ,这说明 初生奥氏体结晶核心充足 ;还证实 Si/ C 比愈高 ,共 晶凝固时会产生更大的过冷度 , 这是因为 SiO2 随 Si/ C 比值增加 , 作为异质核心析出奥氏体数量增 加 ,共晶凝固的形核必然减少. 所以 ,形成较多的初 生奥氏体枝晶 ,较少的石墨.
工业 、农业及国防建设的迅猛发展对铸铁质量
在相同碳当量条件下 ,灰铸铁可有各种 Si/ C 比
的要求越来越高 ,特别是随着人们对资源与环境认 组成 ,有高碳低硅或中碳中硅 、低碳高硅三种情况 ,
识的深化 ,对铸铁生产资源利用情况也提出了更高 致使铸铁组织性能产生较大的差异[2] . 本文采用钒
的要求. 我国钒钛生铁分布很广[1] ,从东北 、华北到 钛生铁中自然带入的 V 、Ti 作为低合金化元素的铁
西南 、东南都有分布 ,如四川攀枝花生铁 、河北承德 水 ,研究了 Si/ C 比对高碳当量 (4. 10 %～4. 25 %) 灰
生铁 、福建龙岩生铁等都含有一定量的 V 、Ti. 为了 铸铁组织性能的影响情况 ,以期为进一步利用钒钛
充分发挥这些地方生铁中 V 、Ti 的积极作用 ,利用高 生铁研制低合金化高碳当量高强度灰铸铁提供优选
Ξ 收稿日期 :2003 - 09 - 01 作者简介 :陈队志 (1962 - ) ,男 ,甘肃永登人 ,副教授 ,硕士.
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以上说明了提高 Si/ C 比可以提高强度 、硬度的
原因. 但在高碳当量下 , Si/ C 比超过一定值后 , 强 度 、硬度反而下降. 原因是 :首先 ,Si/ C 比过高时 ,珠 光体 数 量 减 少 ( 图 3) . 其 次 , Si 提 高 共 析 转 变 温 度[8] ,使珠光体在较高温度下形成 ,粗化了珠光体片 间距. 图 2 为不同 Si/ C 比时的基体组织 ,可以看出 高的 Si/ C 比使珠光体片间距粗化. 另外 ,Si 使奥氏 体含碳量减少 ,有利于析出铁素体 ,而且 Si 促进所 有阶段石墨化 ,所以过高的 Si/ C 比增加铁素体含 量 ,这些显然对增加强度不利.
0
97
26 3. 32 2. 25
4. 16 0. 76 0. 3
0
Leabharlann Baidu
97
27 3. 27 2. 81 0. 89 0. 061 0. 038 0. 135 0. 067 4. 21 0. 85 0. 3
0
95
28 3. 19 2. 96
4. 18 0. 93 0. 3
0
94
注 :孕育剂为加入量.
石 墨 类 型 A+ E+D
第 22 卷 第 6 期 2003 年 12 月
兰州铁道学院学报 (自然科学版) JOURNAL OF LANZHOU RAILWAY UNIVERSITY (Natural Sciences)
文章编号 :1001 - 4373 (2003) 06 - 0113 - 03
Vol. 22 No. 6 Dec. 2003