不同孕育剂对微合金化灰铸铁组织与性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、拉伸试验、切削力测试等研究了SiBa-SiBa、RE-RE、SiBa-RE、SiBa-SiSr四种孕育剂对灰铸铁微观组织、力学性能以及切削加工性能的影响。结果表明:4组试样的组织主要为珠光体和A型石墨,其中RE-RE、SiBa-RE试样局部分别存有少量E型和D型石墨。对比单一孕育剂,复合孕育剂更能细化珠光体与石墨,其中SiBa-SiSr试样的石墨片最为细小弯曲,珠光体层片间距为0.166μm,抗拉强度与硬度分别为468 MPa和357 HBW;SiBa-SiBa试样的石墨片最为宽大平直,其珠光体层片间距为0.3μm,抗拉强度与硬度分别为423 MPa和275 HBW。在相同切削条件下,SiBa-SiSr试样的硬度涨幅最大,切削力变化量最小。从综合性能上考虑,SiBa-SiSr是灰铸铁的首选孕育剂。     

不同孕育剂处理的高强度灰铸铁加工性能研究

为研究不同孕育剂对灰铸铁切削加工性能的影响,制备了高强度HT350材质的试样.对比研究了孕育剂75SiFe、SrSi、BaSi、SiSr(80％)+75FeSi(20％)处理的高强度灰铸铁的力学性能和切削加工性能.结果表明,SiSr(80％)+75FeSi(20％)复合孕育处理的灰铸铁较单一孕育处理的灰铸铁石墨细小弯曲,基体组织均匀性好,具有较高的硬度以及较小的切削抗力,但其断面敏感性较大.单一孕育剂中75SiFe孕育处理的灰铸铁具有较高的抗拉强度、较小的硬度以及较低的断面敏感性.灰铸铁中A型石墨越细小,基体组织越均匀,灰铸铁的加工性能越好,说明显微组织的均匀性对灰铸铁的加工性能具有较大影响.     

碳硅系孕育剂的试验研究

C-Si系孕育剂和其他几种孕育剂的对比试验结果表明,含钡、锆、钙、铝的C-Si系孕育剂是一种高效孕育剂,其石墨化能力强,加入量少,孕育衰退慢,壁厚敏感性小,并有利于获得具有细小均匀的A型石墨和珠光体基体的优质高强度灰铸铁。     

硅锶复合孕育对含硼灰铸铁组织和性能的影响

用不同配比Si-Sr与Si-Fe复合孕育剂对含硼灰铸铁孕育处理,研究了Si-Sr复合孕育剂对其金相组织、力学性能及冶金质量指标的影响.结果表明:随Si-Sr孕育剂量的增加,含硼灰铸铁的抗拉强度、硬度随之递增.在Si-Sr含量为0.12%时抗拉强度达到峰值,σb=325 MPa;在Si-Sr含量为0.18%时硬度达到峰值,HB=273.此时,石墨主要为A型分布,共晶团细化,硼碳化物呈小块状,均匀分布在珠光体上,珠光体＞95%.当Si-Sr含量为0.12%时,含硼灰铸铁的成熟度RG=1.13,品质系数Qi=1.10,各项冶金质量指标达到最优.     

Sb对水平连铸大直径灰铁型材断面敏感性的影响

采用合金化方法研究了微量Sb对185mm大截面A型和D型石墨的水平连铸灰铸铁型材基体组织及断面敏感性的影响。结果表明,微量Sb合金化可有效提高大断面D型或A型石墨铸铁型材基体组织中的珠光体含量,有利于提高型材断面硬度绝对值、抗拉强度,降低型材断面的硬度差,改善铸件的断面敏感性。     

复合孕育处理在提高缸体用灰铸铁加工性能方面的应用

重点研究了几种单一孕育剂以及它们的复合作孕育剂对缸体用灰铸铁力学性能、壁厚敏感性和加工性能的影响。试验结果表明，在复合孕育处理的灰铸铁件中，选择40％稀土孕育剂＋60％75硅铁孕育剂复合孕育处理的灰铸铁件抗拉强度可稳定在295MPa左右。且硬度合适并具有良好的品质系数。用20％75硅铁孕育剂＋80％锶孕育剂复合孕育处理的缸体用灰铸铁件断面敏感性可降低到17HB。20％75硅铁孕育剂＋80％锶孕育剂复合孕育处理的缸体用灰铸铁件具有最小刀具磨损量、显微硬度差。并且发现灰铸铁件基体的显微硬度湖区的变化与灰铸铁件的刀具磨损量变化有较好的吻合性，这说明灰铸铁件的组织均匀性对灰铸铁件的加工性能产生很大影响。     

锰硫比对高碳当量灰铸铁组织和力学性能的影响

通过调整高碳当量灰铸铁中锰和硫含量,研究了锰硫比对其组织和力学性能的影响。结果表明,在本试验研究范围内,不同Mn/S高碳当量灰铸铁的微观组织均由A型石墨、珠光体和少量碳化物组成。随Mn含量的增加,石墨细化,珠光体片间距减小。Mn/S=14.7时,比例适中,A型石墨整体大小均匀。随着Mn/S增加,细小石墨增多,布氏硬度增大,抗拉强度先减小后增大。     

w(Cu)对灰铸铁气缸体组织和性能的影响

通过对灰铸铁进行合金化处理,研究了w(Cu)量对WP12气缸体金相组织和力学性能的影响。结果表明:(1)随着w(Cu)量的增加,灰铸铁的抗拉强度和硬度均有一定幅度的提高,当w(Cu)量达到0.60%~0.80%时,其抗拉强度为235MPa,硬度为195 HB;w(Cu)量达到0.8%以上,抗拉强度的提升已不明显。(2)不同w(Cu)量的灰铸铁,其石墨形态均为A型,珠光体体积分数可达98%以上;在w(Cu)量低于0.8%时,随着w(Cu)量的增加,Cu细化珠光体的作用明显增大,当w(Cu)量大于0.8%以后,Cu细化珠光体的作用不再增大。     

铸件壁厚对不同硅含量灰铸铁组织和力学性能的影响

用阶梯试样研究了铸件壁厚对不同硅含量灰铸铁组织和力学性能的影响。结果表明,在本试验研究范围内,w_(Si)=1.25的灰铸铁内石墨数量比w_(Si)=2.27的灰铸铁的少。随着铸件厚度的增加,前者过冷石墨减少,基体组织按大量莱氏体+少量珠光体→珠光体+少量碳化物→单一珠光体的规律演变,同时伴随着硬度的减小,而后者由于Si含量较多,促进了合金元素的偏析,过冷石墨反而增多,硬度增大,基体组织均为珠光体+少量铁素体。前者抗拉强度和不同厚度断面的布氏硬度均比后者相应值高。     

钒钛生铁提高Cr-Cu-Mo可淬硬铸铁凸轮轴强度和硬度的机理

研究钒钛生铁和球铁生铁对Cr-Cu—Mo可淬硬铸铁凸轮轴显微组织和性能的影响，讨论了D型石墨的形成机理以及D型石墨灰铸铁凸轮轴具有较高强度和较高硬度的原因。研究表明，采用74％钒钛生铁＋26％球铁生铁生产的凸轮轴的显微组织由95％以上的珠光体和少量渗碳体组成，石墨形态为D型，凸轮轴的本体铸态抗拉强度和硬度分别为302—327MPa和248—263HB；全部采用球铁生铁生产的凸轮轴的显微组织也由95％以上的珠光体和少量渗碳体组成，石墨形态为较粗大的A型，凸轮轴的本体铸态抗拉强度和硬度分别为202。238MPa和220～237HB；采用77％球铁生铁＋23％钒钛生铁时，凸轮轴的显微组织仍然由95％以上的珠光体和少量渗碳体组成，石墨形态为较细小的A型，凸轮轴的本体铸态硬度和抗拉强度分别为237～273HB和241～250MPa。扫描电镜分析发现，含钛D型石墨灰铸铁的显微组织中有20％-30％的初生奥氏体，这些初生奥氏体与一般的D型石墨灰铸铁中的初生奥氏体不一样，它们在随后的固态相变过程中全部转变成了片间距约为100nm的珠光体。这种不含石墨的珠光体的强度和硬度（高于346HV）都较高，因而是含钛D型石墨灰铸铁具有较高强度的原因。     

废旧轮胎内钢丝对合成灰铸铁制动盘性能的影响

介绍了采用不同配比的废旧轮胎内钢丝和回炉料作为主要原材料,使用增碳剂进行增碳,使用75硅铁孕育剂和硅钡钙铝长效孕育剂进行随流孕育,并加入Cr、Cu等合金元素进行组织强化。在相同铸造工艺下,制备化学成分基本相同的灰铸铁制动盘和准30 mm的单铸试棒,然后对试件的金相组织、硬度、抗拉强度进行检测分析。结果表明,不同的原材料配比对金相组织中的石墨的类型、长度以及珠光体的片间距有着较大的影响,珠光体含量未发生明显变化;对硬度和抗拉强度影响较大,当废旧轮胎内钢丝的加入比例由70%变为80%时,抗拉强度与硬度变化明显。随着废旧轮胎内钢丝的比例不断增加,A型石墨的比例不断升高,由93.7%增长至99.2%;珠光体含量由95.3%增长至99.1%,珠光体石墨与珠光体逐渐细化,抗拉强度及硬度逐渐升高,满足了高性能制动盘的性能要求。     

提高柴油机灰铸铁件力学性能的工艺措施

除化学成分对灰铸铁件力学性能有明显的影响外，采用优质生铁，提高炉料中的废钢加入量，提高铁液温与减小铁液的氧化性同样能提高灰铸铁件的力学性能。若采用既含有石墨化元素又含有促进珠光体化元素的复合孕育剂，不仅比75FeSi更能使抗拉强度提高20MPa以上，而且能减小灰铸铁件的壁厚敏感性。     

耐Al-10%Si合金熔体腐蚀的合成灰铸铁研究

采用中频感应电炉熔炼,以废钢、高纯生铁为主要炉料制备了碳当量分别为3.86%和4.28%的2种合成灰铸铁,测试了其成分、组织与力学性能;利用静态熔体浸泡法研究了合成灰铸铁耐Al-10%Si合金熔体腐蚀的性能。结果表明,两种合成灰铸铁的铸态显微组织主要为珠光体基体和粗大的A型石墨,石墨长度达到4级;其铸态抗拉强度均大于300 MPa。合成灰铸铁试样在Al-10%Si合金熔体中浸泡一定时间后,其基体的布氏硬度较未浸泡试样明显下降,组织中渗碳体出现分解、粒化。相比较而言,高碳当量、合金含量较高的合成灰铸铁的A型石墨更长,力学性能更好,表现出较好的耐铝硅合金熔体腐蚀性。     

不同壁厚灰铸铁性能随废钢加入量的关系研究

根据柴油机灰铸铁缸体内部不同壁厚,取了不同厚度的试样,测试了试样强度、硬度、石墨长度、珠光体含量等,研究了试样性能和壁厚变化、废钢加入量的关系。结果表明,在同一壁厚时,强度、硬度随着废钢加入量的增加而增大。在同样的废钢加入量下,强度、硬度随着壁厚尺寸的增大而减小,在壁厚大于100 mm时,强度、硬度衰减较慢;在壁厚小于100 mm时,强度、硬度衰减较快。随着壁厚变小或废钢加入量增加,珠光体形态、石墨形态、碳化物未发现明显变化,但是石墨长度减小、珠光体含量增加。在废钢加入量为80%时珠光体含量随着壁厚增加减小较慢。     

氮对合成灰铸铁组织和性能的影响

研究了氮对合成灰铸铁组织和性能的影响,结果表明:含氮量为0.005 5%~0.013%时,试样的金相组织为A型石墨+细片状珠光体+少量铁素体。随着含氮量的增加,片状石墨长度变短、宽度稍有增加,弯曲程度加大,石墨端部钝化,对基体的割裂作用减弱;细片状珠光体含量略有增加,珠光体层片间距减小;试样的抗拉强度和硬度逐渐增大,当含氮量为0.012%时,试样的抗拉强度和硬度达到最大值,分别为395 MPa和HBW260。当铁液中含氮量≥0.011%时,铸件表面下开始出现气孔缺陷。     

Si-La-Sr孕育剂在汽车制动盘生产中的应用

介绍了采用Si-Ba孕育剂进行孕育处理时C3HP后制动盘铸件的组织和性能不合格问题,通过试验研究,将孕育处理工艺改为:包底孕育处理采用0.2%Si-Ba合金+0.3%Si-La-Sr合金混合孕育剂,随流孕育处理采用0.2%Si-La-Sr孕育剂,在DISA垂直分型自动生产线上生产制动盘铸件。试验结果显示:灰铸铁中A型石墨数量增多,石墨长度变短,尖端被钝化,基体组织中珠光体体积分数大于95%,且均匀性良好,有效阻碍了裂纹扩展;楔压强度均在200 MPa以上,硬度值均在200～230 HB,符合技术要求。     

灰铸铁件的生产

叙述了灰铸铁的力学性能、工艺性能、使用性能和化学成分,C、Si、Mn、P、S是灰铸铁的五种基本元素,根据性能需要,有时还加入少量的合金元素。迄今为止,国内外对于孕育处理的作用机理尚未有一致的说法,但一致认为孕育处理具有以下共性:炉前性与随流性;少量性或微量性;形核性。最后,介绍了灰铸铁在缸体、缸盖以及机床铸件上的应用情况:(1)一汽铸造有限公司研究了高CE条件下生产HT300缸体、缸盖铸件的方法,稳定地生产出了载重汽车大功率柴油机的缸体、缸盖铸件,材料牌号达到HT300;(2)烟台冰轮重型机件有限公司出口日本的卧式加工中心床身导轨面的金相组织为A型石墨,珠光体体积分数在98%以上,抗拉强度为310～340 MPa,硬度为180～200 HB。     

钼铌微合金化灰铸铁材料的研制及其性能研究

为了满足汽车日益严格的排放标准以及降低气缸套生产成本,研发了高锰(wMn=2.0%)和低锰(wMn=0.2%)两种钼铌微合金化珠光体灰铸铁,对比探讨了它们的微观组织、力学性能和切削加工性能。结果表明,低锰灰铸铁为A型石墨,珠光体片层间距较大(0.43μm),抗拉强度和布氏硬度分别达到404 MPa、HBW275;对比低锰灰铸铁,高锰灰铸铁的石墨形态更加细小致密,珠光体片层间距缩小58%(0.18μm),强度与硬度分别增长13%和25%(458 MPa、HBW345)。在相同切削条件下,对比贝氏体灰铸铁而言,低锰灰铸铁的切削抗力和切屑形貌与之相近,而高锰灰铸铁的切削抗力和切屑尺寸相对较大,材料加工性略差。从综合性能上考虑,成本更低的珠光体灰铸铁完全可以替代贝氏体灰铸铁成为气缸套首选材料。     

应用复合孕育剂提高缸体用灰铁铸件的切削性能

研究了几种单一孕育剂以及它们的复合孕育剂对缸体用灰铸铁力学性能、壁厚敏感性和加工性能的影响.实验结果表明:孕育处理的铸件中,选择40%稀土 60u硅铁复合孕育剂,灰铸件抗拉强度可稳定在250MPa左右,并且断面敏感性可降低到20HB,品质系数良好.20%稀土 80u硅铁复合孕育剂处理的缸体用灰铸铁件具有最小断面敏感性和刀具磨损量,有优良的切削加工性能.     

铸件壁厚对低温球墨铸铁组织和力学性能的影响

用阶梯试样研究了不同壁厚下低温球墨铸铁的组织和力学性能。研究结果表明:所有壁厚的低温球墨铸铁基体组织都是F+P,其石墨形态都是VI型+V型,球化级别都为3级,石墨大小级别都是6级。随着铸件壁厚的增大,其石墨球数和珠光体数量逐渐减少,抗拉强度、屈服强度和布氏硬度不断减小,伸长率增大;当壁厚超过75 mm时,变化规律相反。而铁素体晶粒度级别一直都随着铸件壁厚的增大而减小,冲击吸收功基本上是随着试样壁厚的增加而增大。