合金元素含量对球墨铸铁耐热性能的影响

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1、第6期机电技术合金元素含量对球墨铸铁耐热性能的影响蓝敏俐(福建船政交通职业学院机械工程系，福建福州350007)摘要：通过高温氧化性能实验、热疲劳实验得到实验数据，分析材料的抗高温氧化性能和抗高温热疲劳陛能，根据si、Mn、Cr合金元素含量的不同，采用氧化增重法研究材料的高温抗氧化性，探讨合金元素Si、Mn、Cr含量变化对材料氧化增重的影响规律，利用热疲劳实验研究耐热球墨铸铁模具材料的抗热疲劳性，对不同循环次数下疲劳裂纹形貌的观察，分析合金元素Si、Mn、Cr含量变化对热疲劳裂纹的影响。关键词：合金元素；球墨铸铁；耐热性中图分类号：TG255文献标识码：A文章编号

2、：1672-4801(2013)06-111-03在实际使用中，模具材料的工况相当复杂，如等，可以降低铸铁在高温状态下的氧化速度，提高高温环境等。球墨铸铁不但耐热、耐磨、抗氧化性铸铁的抗氧化能力。通过实验研究可得，铸铁表能好，而且高温机械性能、抗疲劳性能优异，能满面在高温状态下快速氧化，不同的元素形成不同足生产中对材料的要求，在提高产品质量的同时，的氧化膜，隔断铸铁与氧气的接触，阻碍了氧化的降低了企业生产成本，因此，开发耐热球墨铸铁来进一步深入。其中，对于铸铁中的Si元素来说，形代替锻造模具钢已成为发展的必然趋势。通过实成一层致密的SiO：氧化膜层，球状石墨得到细

3、化，验可知，在球墨铸铁中加人合金元素后，材料将具铸铁的结构也得到改变，进一步增加了抗氧化性；有良好的耐热性能、稳定性和良好的使用寿命。对于铸铁中的Cr元素来说，形成的是cr2O，氧化膜抗高温氧化性和抗热疲劳眭能是耐热性的重要标层；对于铸铁中的Mn元素来说，形成的是MnFe：0，氧化膜层。准，在高温环境中，温度频繁冷热变化，将会迅速通过正交试验分析合金元素含量变化对高温氧化材料表面，时间越长氧化反应越深人，在这过氧化性能的影响。实验采用氧化增重法。实验程中，产生了热疲劳裂纹且裂纹扩展速度越来越前，首先将长方体的球墨铸铁试样抛光，放人装有快，出现严重的质量损失，使用寿

4、命下降。本文通一定量99％无水乙醇的容器中用超声波清洗仪清过抗高温氧化性能和抗热疲劳性能实验，总结不洗；然后用游标卡尺量取其长、宽、高，计算表面同含量的合金元素对球墨铸铁耐热性能的影响规积；接着将试样置于干燥箱内1hA，称量重量，此律。为试样的原始重量；最后将试样置于热处理炉中，1高温环境下的氧化性实验分析在800℃高温下保温150h，称量重量。将以上数在球墨铸铁中添加合金元素，如Si、Mn、Cr据代人式(1)中，得到结果如表1所示。表1实验中球墨铸铁在高温状态下的氧化速度作者简介：蓝敏俐(1973一)，女，高级工程师，硕士，研究方向：铸造技术。112机电技术20

5、13年12月G=丽M2-M1(1)式中，G_氧化速度；M。——氧化前质量，g；——氧化后质量，g；．卜表面积，m；卜保温时间，h。从表1可以看出，对比si元素含量分别为4．5％、5．0％、5．5％球墨铸铁的高温氧化速度，随着冷热循环次数si元素含量的增加，试样氧化速度明显减缓，说明图1球墨铸铁试验裂纹长度随冷热循环次数的变化曲线适量si元素的存在可以提高材料高温下的抗氧化(第1次试验)性能。当si元素含量相同，Mn、Cr元素依次为慢。在1000～1500次的冷热循环后，三组曲线的0．6％，0．8％，1．0％，材料的氧化速度随着Mn、Cr含扩展速度都有显著加快。冷热

6、循环1500次后，三量的增加而显著减小，说明Mn、Cr元素含量的增组裂纹扩展基本停止。可知，在相同的试验环境加相应地提高了材料的抗高温氧化性能。根据铸下，Mn、Cr元素含量的不同，对球墨铸铁耐热性能铁耐热等级的划分，0．1g／mh≤氧化速度≤1g／mh有显著影响。其中，Mn元素可以提高材料对热应为耐热级，氧化速度≤0．1g／mZh为完全耐热级，从力的应变能力，裂纹的萌生和扩展受到抑制。Cr以上数据可得知Si5．5％、Mn0．6％、CrO．8％具有最元素在冷热循环后的氧化膜，熔点较高，均匀覆盖佳的高温抗氧化性能，达到完全耐热级。在材料表面，阻断了球墨铸铁与氧气的接触

7、，提高2热疲劳性能了抗热疲劳性。642l86420球墨铸铁耐热性能不仅体现为在高温状态下的氧化速度，而且体现为在冷热变化大的环境下表面将会产生裂纹，材料的高温韧性、热稳定性及抗氧化性决定了裂纹程度，材料抵抗裂纹的能力即抗热疲劳陛。本文用冷热交替循环处理试验法来研究材料的抗热疲劳性，即对材料进行冷热变化循环试验，使材料表面的热疲劳裂纹随变化的冷热循环次数温差萌生及扩展，获取动态曲线。试验中设定高图2球墨铸铁试验裂纹长度随冷热循环次数的变化曲线温在720~C环境加热80s，低温在2OcI=环境冷却(第2次试验)5S，一个循环是指加热和冷却各一次。第一次进图2前500次

8、冷热循环中