高碳当量高强度灰铸铁设计性实验内容

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1、1绪论灰铸铁通常指断面呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。灰铸铁组织结构可看成是碳钢的基体加片状石墨。按慕体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体+珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。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，铁素体慕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

2、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。灰铸铁其他性能良好的铸造性能、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。图所示，铁素体灰口铸铁的显微组织，其中石墨呈灰色条片状分布在亮白色的铁素体基体上。图0・2所示，为铁素体+珠光体灰口铸铁显微组织，其中除灰色条片状石墨外，暗灰色团块状为珠光体，亮口色部分为铁素体。图0・1铁素体+粗大石墨片图0-2铁素体+珠光体+粗大石墨片图0・3所示，为珠光体灰口铸铁的显微组织

3、，其屮石墨呈灰色条片状，基体为珠光体。图0・4所示，为孕育灰口铸铁，经孕育处理后，灰色条片状的石墨变得细小而均匀分布（组织未经腐蚀）。图0-3珠光体+粗片状石墨图0・4细小均匀的石墨片1.1研究背景1.1.1高碳当量高强度灰铸铁国内外发展状况随着汽车工业的不断进步，发动机正向着大马力、速度和轻量化方向发展，对发动机上重要的缸体、盖等铸件提出了更高的要求，要求高强度、高致密性、高热疲劳性、低应力、表面光洁、尺寸精确。今年来，高强度灰铸铁得到很大发展，国外发动机缸体、缸盖的材质牌号都在HT250以上。此外，高强度灰铸铁还广泛应用于拖拉机、液压件、通

4、用机械、试验仪器、农机等行业。我国在高强度灰铸铁的研究与生产技术上与国外的主要差距如下：1、强度低。同样的铁水化学成分生产岀来的铸件，强度比国外低1~2牌号。若想牛产相同牌号的灰铸铁就必须降低碳含量。这将引起白口倾向增大，收缩倾向增大，使薄壁处加工困难，且易出现裂纹及铸造性能变差等问题。对于发动机上的缸体、缸盖铸件还会使渗漏倾向增大。2、铸造工艺落后。铸件壁厚答、重量大，如机床类铸件比国外重10%以上。发动机缸体比国外重30%以上。3、耐磨性差、寿命低。国外汽车第一次大修里程汽油车一般在30万km以上，柴油车在50-80万km,而我国汽油车仅为

5、5-10万km,柴油车也只达10-15万km。4、断而敏感性大，加工性能差。出现上述差距的主要原因之一是冲天炉熔炼技术落后，铁水出炉温度较低。国外冲天炉一般以提高铁水质量为前提，不肓目追求节焦，积极发展高温热风、富氧送风，水冷无炉衬，使用铸造焦炭，连续作业的封闭式冶金冲天炉等，获得良好的经济效果。冲天炉熔炼技术落后，铁水温度低带来一些列问题。对于生产缸体、缸盖这样薄壁复杂铸件，从铸造性能考虑，都选择较高的碳当量。为获得较高的碳当量,按我国现有的熔炼水平，就必须在配料中多加生铁，少加废钢。而国外由于铁水温度高，使用铸造焦炭，仍可以少加生铁，多加废

6、钢，获得较高的碳当量。因此,同样的化学成分，国内生产的缸体、缸盖等铸件强度性能就要比国外的低，内在质量差。国内要达到同样牌号的铁水，就必须降低碳当量，结果又是铸造性能变差，铸件出白口、收缩、加工性能差、渗漏倾向增加。因此，提高冲天炉熔炼水平，提高铁液熔炼温度是生产高碳当量、高强度灰铸铁的根本出路。造成与国外差距的第二个因素是孕育技术落后。国外非常重视孕育剂和孕育方法的研究，孕育品种很多，各有各的用途，针对不同的铸件，不同的牛产条件,选择适用的孕育剂。近年来，国外发展了各种新型孕育剂，即在硅铁的基础上加进一些强化孕育效果的元素，如铝、钙、领、總、

7、错、镁等，而且是实现了孕育剂系列化、标准化、商品化。而国内前一段时间一直使用75SiFe孕育剂，品种单一，缺乏统-的质量要求，各个厂家生产的75SiFe质量各不相同，尤其对其中的铝、钙含量没有要求，铸件质量差。1.2提高灰铸铁抗拉强度的途径1.2.1优化铸铁成分与提高冶金质量根据铸件要求从不同的资料中筛选出合理的化学成分。衡量标准主要有CE、Si/C、Mn%＞合金元素。碳当量：根据各元素对共晶点实际碳量影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，谓之碳当量，以CE表示。CE二C+l/3(Si+P)増加碳量，可改善铸造性能、熔炼容易、吸气少，但会使石墨

8、粗大、数量增多，使机械性能变差。高的Si/C,即在共晶度一定时，适当降低灰铸铁的碳含量,控制灰铸铁的Si/C,可显著提咼铸铁的抗拉强度，使Si/C比在