錳鐵孕育對(duì)高碳當(dāng)量灰鑄鐵組織與性能的影響.pdf

1、灰鑄鐵作為一種廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料，歷史悠久，具有好的減震性、耐磨性，以及優(yōu)良的切削加工性和鑄造工藝性。同時(shí)，與其它合金相比具有熔點(diǎn)低、成本低廉、生產(chǎn)設(shè)施和成型過程簡(jiǎn)單等優(yōu)越性。所以，長(zhǎng)期以來灰鑄鐵在鑄鐵件中所占的比重非常大。我國(guó)機(jī)械、汽車和建筑作為支柱產(chǎn)業(yè)，為灰鑄鐵行業(yè)的發(fā)展提供了極好的機(jī)遇。由于灰鑄鐵的力學(xué)性能相對(duì)較低，所以一段時(shí)間以來受到焊接件、沖壓件、球(蠕)墨鑄鐵、有色金屬和塑料等材料的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)，需求量呈下降趨勢(shì)。 但

2、是，迄今為止，汽車上的某些工件(如制動(dòng)鼓、剎車盤)的選材仍然非灰鑄鐵莫屬。所以，人們不得不再對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行研究，以求進(jìn)一步提高它的強(qiáng)度。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外汽車生產(chǎn)商一般采用低的碳當(dāng)量(CE=3.8％左右)來得到較高強(qiáng)度的灰鑄鐵。而低碳當(dāng)量灰鑄鐵的白口傾向、熱裂傾向以及收縮傾向都比較嚴(yán)重，鑄造性能差。高碳當(dāng)量灰鑄鐵，是指碳當(dāng)量在共晶點(diǎn)附近(CE:3.9％～4.2％)的灰鑄鐵。高的碳當(dāng)量使這類灰鑄鐵擁有更好的鑄造工藝性能，但通常也降低了它的強(qiáng)度

3、。因此，如何在采用高碳當(dāng)量維持鑄鐵鑄造性能的同時(shí)，又設(shè)法提高高碳當(dāng)量灰鑄鐵的強(qiáng)度成了當(dāng)前灰鑄鐵研究及生產(chǎn)領(lǐng)域一個(gè)較活躍的課題。 在諸多合金元素中，錳對(duì)改善鐵碳合金性能具有良好的作用已經(jīng)得到共識(shí)。但以往人們對(duì)含錳鑄鐵的研究是在合金鑄鐵的基礎(chǔ)上的研究，即錳含量比較大，而在高碳當(dāng)量灰鑄鐵中錳的含量比較低。在這種情況下，如何使高碳當(dāng)量灰鑄鐵在保持良好鑄造性能的同時(shí)，力學(xué)性能有所提高，還沒有人進(jìn)行系統(tǒng)的研究。 本研究將錳鐵以孕育的

4、方式在爐前加入，在不增加錳元素含量的情況下，得到經(jīng)過不同量錳鐵孕育的高碳當(dāng)量灰鑄鐵。并采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和X射線等手段對(duì)高碳當(dāng)量灰鑄鐵的共晶團(tuán)、石墨、珠光體和初生奧氏體進(jìn)行研究，探討了其力學(xué)性能提高機(jī)理。 研究發(fā)現(xiàn)，隨著錳鐵爐前加入量的增大，提高了石墨晶核的數(shù)量，而共晶團(tuán)的形成及生長(zhǎng)是以石墨晶核為核心向四周發(fā)展的，所以共晶團(tuán)數(shù)量也隨之增加，尺寸減小。經(jīng)過錳鐵處理的高碳當(dāng)量灰鑄鐵的初生奧氏體枝晶均為發(fā)達(dá)的等軸枝晶，數(shù)量明顯增

5、多。枝晶由核心向外分枝生長(zhǎng)，二次晶臂非常發(fā)達(dá)，且臂間距小，可形成等軸網(wǎng)絡(luò)框架。初生奧氏體枝晶二次臂間距的減小及數(shù)量的增多，致使分割程度的增大和共晶凝固空間的縮小，石墨的橫向生長(zhǎng)相應(yīng)受到限制，細(xì)化和彎曲程度提高。另外，錳鐵加入后，錳元素的分布減小了鐵素體片的厚度，加快了共析轉(zhuǎn)變的速度，結(jié)果導(dǎo)致珠光體的片間距減小。當(dāng)錳鐵加入量為0.5％時(shí)，高碳當(dāng)量灰鑄鐵組織上的上述變化最大，此時(shí)抗拉強(qiáng)度達(dá)到230MPa，硬度為HB215，分別比不孕育時(shí)提高