PDF《固溶强化铁素体球墨铸铁》

1 70) 的减小加工深度10¨m.这也使得优化加工工艺几乎成 为不可能,无法把公差严格限制在20¨m以内,因为硬 度变化消耗了公差留量,更不要说加工中的刀具磨损、 反跳和温度变化等. 由于没有利用后续热处理减小硬度变化的方法.一 些铸造厂用更多的铜进行合金化,产生几乎全珠光体组 织,然后利用有限的冷却空间,进行铁素体化热处理. 这种方法更会增加同一批次的工件的硬度差别,因为同 ―冷却批次的外部工件(特别是角落处的工件)冷却快, 而内部工件冷却慢.总之,珠光体铁索体型球墨铸铁的 内在硬度差异使其很难在机械加工工序中实现精益生产. 2珠光体强化的替代方法 有一些研究者寻求常规珠光体组织强化的代替方 法嗍.最有希望的替代方法是用同溶强化获得具有中等 强度和韧性的球铁.在铁素体基体铁的不同固溶强化 元素中,最显著的选择是在基本的三元Fe―C.Si系统基 础上增=|!JISi的含量,以便把常规含2.3%一2.7%Si的全铁 素体球铁的抗拉强度从350--400 MPa提高到500御a. 图l中用灰色表示的性能对于抗拉强度500 MPa的经 优化的球铁来说是所希望的,而不满意的性能(包 括所有三个牌号)用方框表示.所有三个牌号都有 硬度变化,而很低的A;

值主要与珠光体含量有关. 而ISO 1083/JS/500.10牌号是用3.7%一3.8%的Si强化的 全铁素体球铁,具有所有适合的性能. 2.1对Si固溶强化的误解 Si对脆性和碎块石墨的影响使si固溶强化这一途径 一直被认为是有问题的.这种错误观念最初主要来源 于Millis等在1 949获得的第一个球墨铸铁美国专利,其 中表述 增jJISi的含量(>

2.5%)明显降低力学性能, 特别是韧性、拉伸强度和(或)延展性… .这常常被 总结为 Si使球铁变脆 .然而,在其专利表V.Ⅵ中的 所有含si大于2.5%的铁合金(54种之中的6种)中都含 有I>

0.8%Mn,这使关于硅的结论成为疑问,特别是专 利还表述: 锰的含量最好不要超过0.3%,特别是在 需要好的延展性和(或)冲击韧性的情况下 .在同一 专利的表XIV显示的早期奥氏体等温处理试验中,高 锰含量(>

10.8%Mn)很可能是等温淬火球铁(ADI) 延展性低的原因.Leslie的详尽研究表明,硅固溶强化 不影响缺口冲击转变温度,不减小铁素体的冲击功同. 事实上,通常推测表现出很大局限性,显然没有考虑 到获得高强度的常规途径,也就是增加基体中硬而脆 的珠光体相的量,自然降低缺口性能.已经发现,对 于相同抗拉强度(500 MPa)的球铁来说,固溶强化铁 素体基体和铁素体一珠光体基体显示出类似的夏比冲击 特性和冲击功,而具有低硅和低强度的铁素体球铁表 现出高的冲击功. Babu等深入研究表明,缺口冲击能量试验对于负 荷结构的意义是有问题的,因为夏比缺口冲击试验 (crY)中平面应力条件下的弹性应变率I>

540 s-l.是土 工设备平面应力条件下实际工作应变率的至少5 000倍田. 他们推断,如果在非常高应变率条件下的冲击能量对 于负荷结构有意义,微合金化钢锻件就不能做为淬火 和时效钢的有成本效益的代替品而得到应用.这种局 限关系对于大部分球铁件也是一样,特别是大断面球 铁.用J1C表示的断裂韧性和夏比试验表明,si同溶强 化铁素体球铁比同等抗拉强度的铁素体.珠光体球铁稍 强韧一些【3】.最终,同强度条件下的延展性(断裂伸长 万方数据 ・624・ FOUNDRY Jun.2010 V01.59 No.6 率)明显改进,见图5一图8. 第二个错误观念是高硅含量在大断面内部增加形 成碎块石墨的危险.碎块石墨可以降低伸长率和断裂 韧性达50%,降低抗拉强度和疲劳强度20%~25%,对 屈服强度和硬度几乎没有影响.然而,厚断面铸件通 常承受弯曲负荷,在那些碎块石墨可能形成的断面内 部,应力水平低.另外,根据最近相关文献,碎块石 墨形成的主要原因不在于硅含量高,而是凝同过程中 熔体局部有效氧含量低所致[91.强氧化物形成元素,如Ce和其他稀土元素以及Al和Ca也导致碎块石墨形成. 要防止碎块石墨形成,就要提高石墨球数量,使 用冷铁(增加硅含量减小白口倾向),避免使用大冒口 (可以部分用比较便宜的冷铁代替),以及添jJl]Ce+Sb 元素. 2.2 Si固溶强化遇到的问题 (1)由铸造工艺引起的,铸造车间保温炉很大, 向保温炉添加合金液的熔炼炉小,这使得在不同批次 间大幅度调整Si含量变得十分复杂.为了改进成分控 制,采用了现代大型熔炼炉,使不用保温炉成为可能. (2)增加了对低合金炉料的需要,特别是Mn,以 及其他珠光体稳定元素.可能要使用大量生铁,为了 在高Si量情况下保持碳当量接近共晶点,可能需要大 量亚共晶生铁和海绵铁. (3)对铸件机械加工总成本缺乏通常的洞察能力. 铸件加工成本由以下3项构成【1q:①购买成本(模具成本 +运行成本);