硅强化铁素体球墨铸铁的研究与应用.ppt

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1、硅强化铁素体球墨铸铁的研究与应用中国农业机械化科学研究院张伯明2014.5新情况2004年ISO1083/JS球墨铸铁标准公布后，又补充了一个JS500-10的牌号；欧盟在2013年3月修改DINEN1563球墨铸铁标准时，在原来的铁素体/铁素体-珠光体/珠光体球墨铸铁的基础上，增加了另一类硅强化的铁素体球墨铸铁，它有三个牌号：这些新牌号在同样强度下大幅提高了伸长率和屈服强度，而且是不采用热处理，在铸态就可获得。为什么？如何做？型号材料编号Rm,MPaRp0.2,MPaA,%壁厚，mmEN-GJS-450-185

2、.310845035018t≤30EN-GJS-500-145.310950040014t≤30EN-GJS-600-105.311060047010t≤30背景1原先球墨铸铁各牌号的强度与伸长率都取决于球墨铸铁的基体，即珠光体与铁素体的比例。为获得不同的牌号，可以应用球墨铸铁成分中的Mn、Cu、Sn等元素的含量来调整基体中珠光体量而达到某一牌号；德国一家公司的做法国外的铸铁都采取合成铸铁的技术来生产，即金属料都用废钢及回炉料组成；为减轻产品重量，世界各国都在提高材料性能上下功夫。钢材在提高强度时，使用了不少合金

3、元素。Mn量可高达0.8%以上，同事还有比Mn作用更强的珠光体稳定元素Cu、Cr、V存在，从而给获得高伸长率的球墨铸铁牌号增加了困难；解决的途径是使用高纯生铁，这无疑会增加铸件的生产成本；背景2450-10及500-7是最常用、用量最大的两个牌号。Mn、Cu、Cr、V量在成分中的波动以及铸件壁厚不均匀导致铸件的各个部位冷却速度不同，最终使铸件的不同部位有不同的性能。为此典型混合基体的500-7就规定了硬度公差范围是±30HBW，而这就使加工时，最高和最低硬度的加工进刀量可差0.1mm。为此要努力寻找单一组织基体的

4、球墨铸铁；背景3Si可以强化铁素体，提高强度。但过去一直认为Si使球墨铸铁变脆。Millis在1949年申请第一个球墨铸铁美国专利时认为“增加Si的含量（＞2.5%），明显降低力学性能，特别是韧性、抗拉强度和延展性……”。背景4德国1991年百科全书对碳硅的规定硅量对基体和冲击能量的影响这和以后的实际生产有出入。通过研究，瑞典首先就规定了可以用3.2%Si来生产450牌号，3.7%Si来生产500牌号。认为这样伸长率能提高2倍，屈服强度提高，屈服比从0.6提高到0.8，疲劳强度稍优。从而导致大量的研究，最终完成了

5、标准的制定。背景4对Si强化球墨铸铁的评价现在欧洲有人称用Si强化的球墨铸铁和ADI为第二代球墨铸铁；至今美国已收授了3个用Si强化的球墨铸铁专利；今年是德国铸造杂志发刊100年纪念，认为硅强化铁素体球墨铸铁是21世纪铸造材料里排第一的发现。21世纪德国铸造材料的新成果硅强化铁素体球墨铸铁；提高发动机铸件热导性的新铝合金（大幅度降低Ti,Zr,V的含量）；铝合金铸件和钢板的复合构件；快速成型；无机粘结剂；在线无损检测；数字模拟；铸钢件的低压铸造；砂子再生。试验研究德国铸造所与奥地利铸造所联手对Si强化球墨铸铁进行

6、了系统研究，为其成员提供有关概念与生产经验，并于2012年11月作了汇报和公开。试验的基础成分（400-18用的成分）。德国400-18牌号球墨铸铁的典型成分（质量分数，%）元素CSiMnPSMg含量3.5～3.62.4～2.50.15～0.2～0.02＜0.009～0.04试验时保持碳当量在4.3。图1Si量对抗拉强度的影响Si在4.3%时抗拉强度达最高值。图2Si量对屈服强度的影响Si在4.7%时获最高屈服极限。图3Si量对断后伸长率的影响Si量增加，伸长率下降；超过4.3%时，急剧下降。断后伸长率A[%]图

7、4Si量对硬度的影响硬度HBWSi量增加，硬度增加。图5温度对力学性能的影响温度变化时，各牌号性能变化趋势一致，400℃时变化大。图6不同温度下的冲击性能对比三种新牌号的变化趋势是一致的，在低温时也无突变现象。图7合金元素对抗拉强度的影响图8合金元素对屈服强度的影响图9合金元素对断后伸长率的影响Cr在0.6%时，才使伸长率有明显下降。断后伸长率A图10Y2试样金相组织图11Y2试样金相组织（约5%珠光体）图12Y2试样金相组织（约25%珠光体）图13两种途径时不同组织在600-10时，基体基本上都是铁素体。图14

8、孕育对石墨形状影响的示意图孕育剂不同、孕育方法不同会产生极大的影响。图15不同硅量的充型能力充型能力取决于浇注温度，与硅量无关。试样相对重量试样相对重量图16a补缩能力用试样图16b补缩试验结果提高硅量不影响充填和补缩图172.39%Si时两石墨球之间的偏析MnSiSi图185.0%Si时两石墨球之间的偏析MnSi图19Si量增加时偏析值的变化Si的最大值与最小值的差，%