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1、高碳当量高强度灰铸铁的研究第24卷增刊石油机械1996阜高碳当量高强度灰铸铁的研究多/一q-垄篮童潘保胜』'棚丽丽摘要提高灰铸铁碳当量和锰量,并分别加入与不加入台金,研究它们对灰铸铁组织和性能的影响.不加入台金时,在高碳当量(CF=3.9%一4.2%)高锰量(Mn=1.8%一2.4%)条件下,可使抗拉强度稳定达到250MPa.当加入0.2%一0.4%Cr和0.2%一O.8%Cu时,在高碳当量高锰量条件下,可使抗拉强度稳定达到300MPa.除作常规的机械性能检测外,还对其成熟度嬲,相对硬度R//,品质系数&,共晶度&和弹性模量E等进行了检
2、测,表明高碳当量高强度灰铸铁是一种低收缩,低应力,品质优良的灰铸铁.工业发达国家十分重视对灰铸铁的研究,其着眼点是提高碳当量,在保证良好铸造性能的同时获得强度高,性能稳定,品质单一的铸铁件.目前对高强度灰铸铁除作常规机械性能检测外,还提出了成熟度RG(相对强度昭),硬化度ltG(相对硬度RIt),品质系数&,共晶度&,弹性模量五等柱强I指标.关于这些指标的意义及计算公式可参见文献[1].研究的理论出发点我们的研究着眼于两个方面:一是使其具有整体优良的铸造性能,即收缩量小,铁水流动性良好,铸造残余应力低,自口化倾向小;二是使其具有良好的金
3、相组织和机械性能,即奥氏体枝晶多,石墨细小,珠光体量多,共晶团和枝晶内外显徽硬度相对均匀.平均显微硬度高,抗拉强度高,硬度值适宜于切削加工.根据金属学原理,铸铁碳当量越接近共晶点其铸造性能越好.即碳当量越接近4.28%铸造性能越好.因高强度铸铁均为亚共晶铸铁,故提高灰铸铁的铸造性能实质就是提高碳当量.提高碳当量的不利影响是使石墨化倾向增大,降低基体珠光体含量和分散度,从而降低灰铸铁的强度和硬度.-李健章.高级工程师,生于1963年.1984年毕业于天津大学铸造专业.现从事熔炼拄术管理.地址}(062552)河北省任丘市.电话:(∞圩)2726928.(
4、收稿日期;1996-06-041修改稿收到日期:1906-10-09)石油机械1996点灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成.基体的强度随珠光体含量和分散度的增加而提高.减少石墨数量,细化石墨片,使石墨片均匀弥散分布能显着减小对基体的割裂作用.在灰铸铁的基本成分中提高锰量能使珠光体含量和分散度显着增加;同时提高锰量能阻碍石墨的析出并使铁水激冷倾向增大而使石墨细化.这样,提高锰量能使灰铸铁强度显着提高.锰是弱的碳化物形成元素,在显着提高强度的同时,白口化倾向无显着增加,对铁水流动性,收缩性,残余铸造应力几乎无影响.碳当量和锰量同时提高的结果,使各自的
5、不利影响相互抵消.而在铸造性能方面,碳当量的有利影响占优势;在强度性能方面,锰的有利影响占优势.这样,高碳当量高锰量灰铸铁就可成为兼有优良铸造性能和高强度的铸铁材料.根据上述观点,我们查阅了大量的技术资料,参照国外的发展趋势和国内的前沿性研究结果,确定了灰铸铁的化学成分:C=3.9%一4.2%;C=3.2%一3.5%;Si=1.6%一2.1%;Mn:1_8%一2.4%;~hSi=1.12—1.23.试验研究结果及分析华北石油管理局第二机械厂生产的抽油机曲柄采用HT250灰铸铁.1992年以前,一直沿用传统的化学成分控制熔炼灰铸铁的成分.传统成分的灰铸铁
6、牌号越高其碳当量就控制得越低.碳当量越低,铸造生产时收缩倾向和白口倾向就越大,铁水流动性就越差,铸造残余应力就越大.这样,由于收缩引起的表面大面积缩凹缺陷和由于铁水流动性差引起的齿部冷隔缺陷,就造成很多废品和次品;在成品中由于形成硬度高的表面及局部白口,使切削加工性能变差;由于收缩造成的残余铸造应力很大,必须经过很好的消除应力退火才能使用.在实际生产中,为获得较好的铸造性能,不得不将强度降低一些.这样,曲柄实际铸铁性能只能达到HT200号灰铸铁的指标,达不到设计要求的HT250号灰铸铁的性能.自1992年1月开始进行这项研究工作.在抽油机曲柄生产中进行
7、了9炉生产性试验,生产曲柄18块,总重63t.熔炼设备为3t/h冲天炉.9炉的单铸试棒直径为30mm,单铸试棒化学成分,抗拉强度,金相组织和布氏硬度检测结果见表1.表1试验灰铸铁单铸试棒的化学成分%炉敬123456789平均C3.3O3.403.563.603643493.523.393.403.48化1.69I.凹178l_78l_921.761.792062.06184学Mn2.041.982.1l2.04I.932092192.402.372.13成分P0068O.06800880.084O.0820.O.0690.1∞O.I2O0085S0.∞
8、30.014O.OO056O.054OO65O.∞9O.O"O.00o6l(MPa)掰2912
