灰口铸铁的材质评价方法

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1、2010中国铸造活动周论文集灰口铸铁的材质评价方法12341雷富军，王上均，堀江皓，戴萍，马晓丽（1青海大学机械系；2河南省铸造学会；3日本岩手大学工学部附属铸造技术研究中心；4河南宏宇特铸股份有限公司）摘要：本文针对中国某企业生产的灰口铸铁进行了机械性能评价，提出了综合评价灰口铸铁材质的方法：抗拉强度评价法、化学成分评价法和比较硬度评价法。关键词：灰口铸铁；成熟度；比较硬度；材质；评价1前言铸铁指铁-碳复相相图中含碳量大于奥氏体中最大固溶度2.11%的铁碳合金，铸铁的成分中除了碳元素外，还有像促进石墨化的硅等合金元素以及锰、磷、硫等杂质元素，实质是复杂多元

2、合金。铸铁中的碳在凝固过程中以石墨形式结晶是非常重要的。石墨化程度与成分、铸件冷却速度等因素有关，孕育处理对此作用较显著。铸铁中石墨一般占10%左右,石墨本身的抗拉强度只有20Mpa，远低于基体强度，可视为基体中的微小空洞。因而石墨形态支配铸铁的强度。铸铁中石墨呈片状、蠕虫状、球状其对基体的割裂作用依次减少，强度依次增高。灰口铸铁因拉伸断口的颜色呈灰色而得名,其金属组织特征是石墨呈片状形式。一般石墨形态以A型石墨的机械性能为好。灰口铸铁因其石墨形态的特质而具有良好减震性、切削性等特性，再加上有良好铸造成型工艺性能，被用作机床床身、汽车发动机缸体等结构材料。然

3、而一般灰口铸铁生产企业对其灰口铸铁材质的评价多停留于炉前断口观察和试棒的拉伸强度。所以，建立更加科学的灰口铸铁材质评价方法是重要的。2灰口铸铁常用的材质评价方法目前，在我国的一些企业灰口铸铁材质评价及质量控制方法，主要有炉前断口试样观察，C、Si、Mn、P、S五大元素检测与控制，抗拉强度、布氏硬度等机械性能指标用拉伸试棒试验确定。而在国外，评价灰口铸铁品质时广泛运用成熟度概念，成熟度概念是由W.Patterson提出的。首先根据H.Jungbluth等提出[1]的理论抗拉强度δn=102-82.5Sc或δn（MPa）=1000-809Sc。式中Sc为共晶度，

4、最初共晶度Sc=C%/[4.23-[2]（Si/3.2）]求得，后来共晶度Sc=C%/[4.23-1/3（Si%+P%）]来求得。再求实际抗拉强度(δt)与理论抗拉强度的比值，即RG(%)=δt/δn×100。一般RG在100以上时为良好材质，反之100以下时为劣于理论强度。同时，将实际布氏硬度HB与理论布氏硬度HBn的比值。即RH=HB/HBn，式中HBn=100+0.44δt（MPa），[3]RH即为比较硬度，而我国将RH称为相对硬度。3灰口铸铁材质综合评价3.1抗拉强度评价法（成熟度RG）共晶度（Sc）＝C%／4.3－（１／３Si%＋１／３P%）2理论

5、抗拉强度（kg/mm）Ｔｔ＝１０２－82.5×共晶度（Sc）-1-2010中国铸造活动周论文集理论抗拉强度（MPa）Ｔｔ＝1000-809×共晶度（Sc）2实际抗拉强度（kg/mm）Ｔｐ成熟度ＲＧ＝（Ｔｐ／Ｔｔ）×100ＲＧ＞１００时材质良好。硬度的评价方法（比较硬度ＲＨ）2理论硬度ＨＢｎ＝100＋4.3×Ｔｐ（Kg/mm）ＨＢｎ＝100＋0.44×Ｔｐ（MPa）实际硬度ＨＢ比较硬度ＲＨ＝ＨＢ／ＨＢｎＲＨ＜１时材质良好。3.2化学成分评价方法①ΣA1＝P＋Cr＋Ti＋Pb＋Sn＋Bi＋Sb＋MoΣA1表示原料中含有的微量元素的总含量。在球铁中此值异常过高时会

6、导致球化不良。②ΣA2＝ΣA1＋CuΣA2值增加时球铁中的珠光体量增加。③ΣI＝Al＋Ca在使用含有Al、Ca孕育剂时，该值将增加，它是孕育效果的衡量值。3.3运用成熟度与比较硬度综合评价灰口铸铁材质堀江皓综合长期研究结果，提出了用比较硬度和成熟度综合评定灰口铸铁材质的方法，具体思路如表1所示。表1成熟度与比较硬度综合判定灰口铸铁材质情况表序RG与RH材质状况号的变化趋势1材质良好2软材质（D型石墨，铁素体）3硬材质（珠光体促进元素Cr，V，Mn含量高）4劣质材质（有白口生成）-2-2010中国铸造活动周论文集4灰口铸铁材质评价事例4.1HT250材质评价4

7、.1.1机械性能22某试样抗拉强度δ=292.3N/mm，，布氏硬度HB=190，由共晶度求得的理论强度为259.3N/mm，由此求得的成熟度RG=112.7%，实际强度比理论强度约提高了12.7%。根据抗拉强度求得理论布氏硬度HBn=229，此值与实际布氏硬度的比值即比较硬度RH=0.83，实际硬度比理论硬度低了17%，从而判定该材料性能良好。将共晶度Sc与抗拉强度的关系（RG），抗拉强度与布氏硬度的关系（RH）和日本的一些企业的数据对比结果如图1所示。图1共晶度、抗拉强度及布氏硬度的关系从以上结果可以看出HT250的机械性能RG超过100%，比较硬度RH

8、小于1；抗拉强度和布氏硬度都没有问题。4.1.2金相