半固态过共晶高铬铸铁离心铸造组织及其定量分析

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1、第2卷第5期326中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE2007年5月半固态过共晶高铬铸铁离心铸造组织及其定量分析皇志富，邢建东，高义民(西安交通大学材料科学与工程学院，西安710049)摘要：对于倾斜冷却体法制备的半固态过共晶高铬铸铁浆料，本文采用离心铸造法将其制备成环形铸件。借助SEM进行组织观察，结果表明：在半固态组织中初生碳化物出现偏析现象，且存在明显的偏析分界线，分界线位于距离环形铸件径向外侧面约6mm处；为进一步表征碳化物偏析特征，借助Leica图像分析仪定量分析了不同偏析区域内碳化物等效

2、直径和体积百分数的变化规律，结果还表明：碳化物等效直径和体积百分数从径向最外侧向内逐渐增大。关键词：半固态过共晶高铬铸铁“材料加工工程”；离心铸造；定量分析；组织偏析；中图分类号：TG252文献标识码：A文章编号：1673－7180(2007)05－0326－4金属的离心铸造法主要作用之一是在一定的条固态浆料，并将其进行砂型重力铸造成形后，发现件下，依靠离心力的作用可制备致密的成形组织,然在过共晶高铬铸铁组织中初生碳化物形貌显著改[5]而若金属熔体中初生相与液相之间存在一定的密度善，且通过性能测试表明冲击韧性值亦明

3、显提高。差，且在凝固过程中两相具有一定的相对迁移能力，综上所述，本文将对倾斜冷却体法制备的半固必然使最终凝固组织产生偏析现象，即得到梯度组态浆料进行离心铸造成形，浇注示意图如图1所示。[1]织。由于初生碳化物与液相之间存在着密度差，从而可过共晶高铬铸铁虽然具有良好的耐磨性，但是获得组织呈梯度分布的离心偏析试样,这必然对丰富由于其组织中含有粗大的初生碳化物，使韧性大幅该材质的开发及应用具有重要意义。为进一步表征[2,3]度下降，从而限制了在实际工况中的应用。在前碳化物偏析特征，本研究还借助leica图像分析仪定期工作

4、中，作者采用具有流程短、工序少和成本低量分析不同偏析区域内碳化物等效直径和体积百分[4]的倾斜冷却体法（亦称游离籽晶法）成功制备了半数的变化规律。图1倾斜冷却体+离心法铸造半固态过共晶高铬铸铁示意图Fig.1SketchmapofsemisolidhypereutectichighCrcastironpreparedbyslopecoolingbody+centrifugalmethod作者简介：皇志富（1973－），男，博士内蒙古呼和浩特市人.E-mail:hzf@mailst.xjtu.edu.cn第2卷第5期

5、2007年5月中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE3271试验材料及方法2试验结果及分析试验用过共晶高铬铸铁的化学成分见表1所2.1微观组织观察示，并通过差热分析法(DTA)确定其固相线温度为采用离心法制备的半固态过共晶高铬铸铁试样1193，液相线温度为1293。在本研究中首先确微观组织观察视场示意图如图2所示，其中共分视定金属液浇注温度为1350，金属液在冷却体表面场1，视场2，视场3，每个视场中的SEM微观组织的流经长度为450mm，冷却体倾斜度为30°，在分别对应于图3中a，b，c所示。

6、冷却体末端出口测定半固态浆料的温度为1256；由图3可看出，离心铸造成形的半固态过共晶离心机（卧式）转子转速为1440r/min。按照上述高铬铸铁组织中初生碳化物随着距环形试样径向外工艺参数制备离心半固态环形铸件（首先在金属液侧面距离的增加，组织中细小的初生碳化物尺寸按流经的倾斜冷却体表面上获得共晶高铬铸铁半固先增加后基本不变的趋势变化，态浆料，然后由冷却体的末端直接流入安装在离心且在图3b中存在明显的分界线（如图中白线所机内的砂型中并进行凝固）。离心半固态环形铸件示），该分界线大约至环形铸件外侧面距离约为6内径

7、为φ100mm、外径为φ150mm，即环壁厚为mm。这表明组织中初生碳化物出现明显的偏析现20mm，环长度为110mm。从离心半固态环形铸件象。根据金属合金凝固过程中离心力作用的偏析动[6]上截取试样，试样长度为20mm(由环壁厚度方向上力公式(1)：3截取)，宽度为10mm；然后经打磨、抛光以及用8Fπd2动=ρ−ρωr(1)12％硝酸酒精溶液腐蚀后，对凝固组织分布进行SEM6观察；借助Leica图像分析仪沿试样径向定量测试式中：ρ为固相颗粒密度；1了三个分布区域的中碳化物的等效直径和体积百ρ为金属液密度；2分数

8、。ω为离心机转子角速度；表1过共晶高铬铸铁化学成分r为环形铸件的平均半径；Tab.1Thechemicalcompositionsofhypereutecticd为初生碳化物平均直径。highCrcastiron假设固相颗料相对液相具备一定的迁移能力过共质量分数/％时，若ρ1>ρ2时，固相颗粒向环形铸件径向外侧面晶高CCrMnSiSFe移动；若ρ1<ρ2时，