铸铁磷共晶微裂纹形成机理

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高速精密压力机能够实现高加工率、高加工精度的精密复杂零件的压力成型，生产率为普通压力机的6～10倍。由于高速精密压力机转速快，滑块惯性运动会对机身造成冲击，压力机在工作中不可避免会出现机身振动。灰铸铁具有良好的铸造成形性、加工性、耐磨性、耐热性、吸振性等性能被广泛运用为高速压力机机身底座和连杆材料。但铸铁强度较低，为提高灰铸铁的强度，目前常采用合金化措施，但大量使用合金会导致灰铸铁硬度升高及塑性变形性能降低。高速压力机在工作过程中承受高冲击载荷，过度合金化后，铸件会发生脆性开裂，降低了产品寿命。鉴于此，本文从细观尺度对材料的性能和受力状态进行了研究，探讨了铸件微裂纹的形成机理及开裂方式。

高速精密压力机连杆材料为HT200，该铸件的实测化学成分(质量分数，%)为3.3C，1.73Si，0.86Mn，0.09P，0.086S，0.04Ti，余量为Fe。它的抗拉强度为189MPa，弹性模量为128.6GPa。连杆断口的基体上掺杂银亮色白口成分。在断口处取样进行金相组织观察，石墨分布形态为片状＋菊花状，晶粒较粗大。石墨长度级别为2级。基体组织为珠光体＋铁素体，其中珠光体数量≥98%，碳化物＋磷共晶数量约为6%。磷共晶的形成是由于磷在奥氏体中的溶解度很小，容易发生偏析形成磷共晶，它熔点低，一般分布在晶界和枝晶间。
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4 r: m0 `* X9 J' y+ L在现行的铸铁合金化工艺中，适量添加合金元素，在铸造时可细化晶粒、促进珠光体转化、提高铸件硬度。虽然微量元素锑也可以实现硬度的提高，但锑容易造成磷共晶的超标，形成硬质点。连杆断裂是由于锑元素致使磷偏聚形成磷共晶体，在细观尺度上形成应力状态不协调致使裂纹萌生。