高碳当量高强度灰铸铁

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1、综合实验论文——高碳当量高强度灰铸铁组织性能研究指导老师：王鑫铸造学生：0803041雷小波高碳当量高强度灰铸铁组织性能研究雷小波李沙沙闫雅雪摘要：灰铸铁良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性，在很多领域得到了很好的应用，但由于在很多情况下很难达到高的强度，使其应用受到了很大的限制，文章力求在碳当量CE≥4.0%情况下，形成石墨形态为A型或D型的灰铸铁，抗拉强度σb≥300MPa。但实验结果表明，在这种情况下，获得符合要求的灰铸铁是很难达到的，本实验以失败告终。关键字：高碳当量高强度灰铸铁1前言：灰铸铁良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐

2、磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。但由于灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。而灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有非常密切关系，在六种石墨形态中，以D型石

3、墨的性能最佳，本文在前人的研究基础上，主要通过提高碳当量，添加合金元素来改变基体组织，以及石墨形态，来实现高强度灰铸铁的要求。2.试验方法2.1配料依据由于在碳当量不变的条件下，适当提高硅碳比可以使初析奥氏体量增加，有加固基体的作用，同时硅的提高，使铁液的白口倾向有所降低。在高碳当量时，冷却速度一定的情况下，随着碳量的提高，初期奥氏体枝晶得到细化。因此选择高硅高碳，较高的硅碳Si/C=0.7。由于D型石墨性能比较好，但其成分为亚共晶成分，又因碳当量大于4.0%，且碳当量小于4.3%，取碳当量等于4.0%。又由于CE=C+1/3(Si+P)，又Si/C=0.75，CE=4.0%，所以C

4、=3.2%,Si=2.4%。Mn的确定:课题技术要求σb≥300MPa，而Mn有很好的强化基体的功效，同时由于本实验对Mn也有实验性的研究，突破灰铸铁低锰的现实，所以实验选用高锰，Mn=1.5%。由于本实验室高碳当量，硅碳都很高，对于实现良好性能的D型石墨非常不利，因此，本实验主要通过添加合金元素使石墨为D型而不是A型，以珠光体为基体的灰铸铁。其他元素的确定：Sb:强烈促进珠光体的形成，其在灰铸铁的加入量为<0.02%，选取为0.018%。Ti：在铸铁中具有石墨化和反石墨化的双重作用其含量较低时表现为石墨化作用，含量高时则表现为反石墨化作用。一般情况下，钛的石墨化作用是使珠光体和共晶

5、团数增加，奥氏体枝晶减少;反石墨化作用则表现为珠光体和共晶团数减少，奥氏体枝晶增多。【1】同时Ti可以细化枝晶，强化基体，因此Ti不宜加得过多，通常用量为0.17%。Cu：铜(0一l%)对基体组织和石墨形态的影响，铜促进珠光体转变、提高并稳定珠光体量、细化珠光体;促进产生A型石墨并改善石墨形态和使石墨变粗变短。【2】而且Cu促进共晶阶段的石墨化，降低奥氏体转变的临界温度，细化并增加珠光体，取0.8%。Ni：扩大奥氏体区，共晶期间促进石墨化，降低奥氏体转变温度，细化并增加珠光体，其用量Ni<3%,选用2%。2.2配料计算生铁：C=4.29%Si=0.89%Mn=0.15%,PS不计。硅

6、铁：Si=75%锰铁：Mn=80%钛铁:Ti=40%纯铜，纯镍，75Si-Fe=0.5%成分：C=3.2%,Si=2.4%,Ti=0.17%,Cu=0.8%,Ni=2%,Sb=0.018%熔炼质量5kg。公式：C%=3.2%=4.29%·m1/m总得p1=m1/m总=0.764Si%=2.4%=75%·m2/m总得p2=m2/m总=0.032Mn%=1.5%=80%·m3/m总得p3=m3/m总=0.019Ti%=0.17%=40%·m4/m总得p4=m4/m总=0.004Ni%=2%=m5/m总得p5=m5/m总=0.02Cu%=0.8%=m6/m总得p6=m6/m总=0.008由

7、上式得：p总=p1+p2+p3+p4+p5+p6=0.829m1%=p1/p总=90%得m1=4500gm2%=p2/p总=3.86%得m2=193gm3%=p3/p总=2.29%得m3=114.5gm4%=p4/p总=0.48%得m4=24gm5%=p5/p总=2.41%得m5=120.5gm6%=p6/p总=0.96%得m6=48g即，生铁：4500g，硅铁：193g，锰铁：114.5g，钛铁：24g,镍：120.5g,铜：48g。2.3造型由于受实验