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高强度合金灰铸铁的研究
作者：秦小才，付君义
随着对内燃机的技术要求的日益提高，研制更高抗拉强度及弹性模量的合金灰铸铁已成为必然要求。本文探索适用于该技术要求的合金灰铸铁的化学成分和热处理工艺，并研究二者对显微组织和力学性能的影响。
1 试验方法
1.1 熔炼工艺
试验采用 Ni、Mo、Cu 合金化工艺，原材料为本溪生铁、Q235 废钢基 75SiFe 等。炉料在 500kg 中频感应炉内熔化，然后加入钼铁、电解镍及电解铜等合金，熔化完成后随时检测化学成分，待成分合格后，铁液温度达到 1 480℃ ±10℃出炉，浇注毛坯试样。原铁液的化学成分要求见表 1。
1.2 正交试验及分析
设计了一个四因素三水平的正交试验，正交试验方案见表 2。
根据表2的试验方案做出的9组铸态毛坯试样，按照GB/T 22315 的要求检测铸态毛坯试样的弹性模量E，结果见表3。弹性模量大于130GPa的有8种方案，其试样的合金元素含量见表4。
从表4可以确定弹性模量E大于130GPa合金灰铸铁的化学成分，其化学成分范围见表5，在此范围内合金灰铸铁的弹性模量稳定在130GPa以上。
根据表5的数据，取化学成分略高于范围的下限，生产一批铸件，经检测，铸态试样的抗拉强度平均为300MPa。铸态试样的化学成分见表6。
将铸态试样粗加工后分为九组，进行等温淬火（井式炉，870～910℃，保温1h，保温时间为3mm/min），出炉后立即进入330～400℃的盐浴炉中，等温1.5 h）。设计一个二因素三水平正交试验，见表 7。
以上九组试样经等温淬火后，抗拉强度按照GB/T228.1 的要求进行检测，试样等温淬火后抗拉强度的检测结果见表8。
从表8的数据分析可以得出：试样A1～C3的抗拉强度都大于350MPa，即在870～910℃井式炉保温后，立即进入330～400℃的盐浴炉中等温1.5h，可以制得高强度的合金灰铸铁；在同等条件下，经330℃等温处理后，抗拉强度达到最高。
2 金相分析
将B3试样按照GB/T13298 的要求进行金相组织分析，石墨评定参照GB/T7216 执行。B3试样铸态下的石墨组织与热处理后的石墨组织如图1所示，B3试样在铸态下和经过等温处理后的金相组织如图2所示，B3试样在铸态下和经过等温处理后的抗拉试棒断口形貌如图3所示。
由图1可以看出 , 热处理前、后试样的石墨形态和分布变化不大，两者均是以A型石墨为主，且石墨长度4~６级。
由图2可以看出 , 试样在铸态下为珠光体组织，经等温处理后为贝氏体+小于10%的残留奥氏体组织。
由图3可以看出 , 原始铸态试样的拉伸断口形貌呈现出典型的脆性断裂特征，类似于沿晶断裂，但局部还可以观察到河流花样，表明铸态原始试样也以解理断裂或准解理断裂的方式协调变形；330℃等温淬火后的试样断口部分区域则出现了蜂窝状的断裂形态，蜂窝状区域里面由众多小而浅的韧窝组成，河流花样完全消失，但整体上还是呈现出脆性断裂特征灰铸铁。
3 结论
( 1 ) 灰铸铁的化学成分在表5范围内，经过等温淬火处理后，抗拉强度大于350MPa。
( 2 ) 经过盐浴等温淬火后合金铸铁的抗拉强度都有所升高，随着等温温度的降低，上升幅度越大。
( 3 ) 灰铸铁经过等温淬火处理后，石墨形态并不发生改变。
( 4 ) 在合金元素和等温淬火处理的组合作用下，可以提高灰铸铁的力学性能。 （来源：铸造工程）
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发表于 2020-2-16 18:07:49
