（材料加工工程专业论文）高牌号铸态球墨铸铁的工艺研究及应用.pdf

摘要 摘要 随着汽车质量的提高和市场的激烈竞争，对汽车铸件的强度和伸长率提出 了越来越高的要求，有的甚至超过国家标准( 国家标准应为最低要求) ，即在目 前国家球铁牌号中，在满足抗拉强度要求的基础上，将伸长率提高一个等级( 如 q t 5 0 卜1 0 ，q t 5 5 卜7 等) 。因此研究开发塑性要求更高的珠光体、珠光体一铁 素体混合基体球铁，对进一步发挥铸态球铁的强韧性潜力，提高零件的使用寿 命，扩大铸态球铁的使用范围是很有意义的。 在生铁原料货源稳定，研究铜锰合金化对铸态球墨铸铁性能的影响。 在稳定生产铸态铁素体球铁的条件下，适当控制c 、s i 含量，强化孕育，添加 少量c u 和m n ，成功生产出高强度、高塑性的铸态球墨铸铁( 塑性指标6 比国 家相应牌号高出一个级别) 。用这种方法生产的铸件，性能稳定，成本大大降低。 为了不使铸件中出现碳化物并减少铸件不同截面的硬度差，应视力学性能和铸 件壁厚不同而适当调整c u 和m n 含量，本文重点研究了铜锰对合金化铸态球 墨铸铁性能的影响。 关键词：铜锰合金化；铸态球墨铸铁；组织；性能 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n ti nt h eq u a l i t yc a r sa n dm a r k e t c o m p e t i t i o n ，t h es t r e n g t h a n de l o n g a t i o no fa u t o m o t i v ec a s t i n g sh a v e b e e np r o p o s e dh i g h e ra n dh i g h e rd e m a n d s ， a n ds o m ee v e ne x c e e dt h en a t i o n a ls t a n d a r d ( t h en a t i o n a ls t a n d a r ds h o u l db et h e m i n i m u mr e q u i r e m e n t ) ，t h a ti nt h ep r e s e n ts t a t eo fd u c t i l ei r o ng r a d e s ，i nt h et e n s i l e s t r e n g t h t om e e tt h er e q u i r e m e n t s ，b a s e do na l l e l o n g a t i o nr a t eo fac l a s s ( e g ， q t 5 0 0 - 1 0 ，q t 5 5 0 - 7 ，e r e ) r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f p l a s t i c ，t h e r e f o r ed e m a n d i n g h i g h e rp e a r l i t e ，p e a r l i t eaf e r r i t em a t r i xd u c t i l ei r o nh y b r i d ，f o rf u r t h e rp l a ya s c a s t d u c t i l ei r o nf o rs t r e n g t ha n dt o u g h n e s so ft h ep o t e n t i a lt oi m p r o v et h es e r v i c el i f eo f c o m p o n e n t st oe x p a n dt h eu s eo fa s - c a s td u c t i l ei r o nr a n g ei sav e r ym e a n i n g f u l t h ei r o nr a wm a t e r i a ls u p p l ys t a b i l i t y , r e s e a r c ho fc u m na l l o yo nt h ep r o p e r t i e so f a s - c a s td u c t i l ei r o n u n d e rt h es t a b l e p r o d u c t i o no fc a s t f e r r i t i cd u c t i l ei r o n c o n d i t i o n s ，ah i g hs t r e n g t ha n dh i g hp l a s t i cn o d u l a rc a s ti r o nh a sb e e nd e v e l o p e db y m e a n so fc o n t r o l l i n gt h ec o n t e n t so fc ，s ia p p r o p r i a t e l yt oi n t e n s i f yi n o c u l m i o na n d a d d i n gs m a l lc ua n dm n ( p l a s t i c i t yi n d e x6i so n eg r a d eh i g h e rt h a nn a t i o n a lg r a d e s ) t h ec a s tp r o d u c e db yt h i sm e t h o dp e r f o r m ss t a b i l i t y , t h u sc a nr e d u c et h ec o s t s t o a v o i dc a r b i d ea n dr e d u c eh a r d n e s sd i f f e r e n c eo fd i f f e r e n ts e c t i o n a li nc a s t s t h e c o n t e n t so fc ua n dm ns h o u l db ea d j u s t e da c c o r d i n gt ot h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n d t h ev a r i a t i o no fw a l lt h i c k n e s s i nt h i sp a p e r , i tm a i n l yr e s e a r c h e dt h ee f f e c to fc o p p e r a n dm a n g a n e s e a l l o yo nt h ep r o p e r t i e so fa l l o y i n ga s - c a s tn o d u l a rc a s ti r o n k e yw o r d s ：c u - m na l l o y i n g ；a s - c a s tn o d u l a rc a s ti r o n ；o r g a n i z a t i o n ；p r o p e r t i e s i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一掏：占够一期：1 月f 口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) 七纡 导师签名( 手写) 伢阅名 祥醐杪p 肌棚 替嗍堋7 钆朋尸日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 概述 1 1 1 国内外球墨铸铁的发展研究现状 球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时可以代替昂贵的铸钢和锻钢，在 机械制造工业中得到广泛应用。国际冶金行业过去一直认为球墨铸铁是英国人 于1 9 4 7 年发明的。西方某些学者甚至声称，没有现代科技手段，发明球墨铸铁 是不可想象的。1 9 8 1 年，我国球铁专家采用现代科学手段，对出土的5 13 件古 汉魏铁器进行研究，通过大量的数据断定汉代我国就出现了球状石墨铸铁。有 关论文在第1 8 届世界科技史大会上宣读，轰动了国际铸造界和科技史界。国际 冶金史专家于1 9 8 7 年对此进行验证后认为：古代中国已经摸索到了用铸铁柔化 术制造球墨铸铁的规律，这对世界冶金史作重新分期划代具有重要意义。 1 9 4 7 年英国h m o r r o g h 发现，在过共晶灰口铸铁中附加铈，使其含量在 0 0 2 w t 以上时，石墨呈球状。1 9 4 8 年美国a p g a n g a n e b i n 等人研究指出，在 铸铁中添加镁，随后用硅铁孕育，当残余镁量大于0 0 4 w t 时，得到球状石墨。 从此以后，球墨铸铁开始了大规模工业生产。 球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1 9 4 9 年世界球墨铸 铁产量只有5 万吨，1 9 6 0 年为5 3 5 万吨，1 9 7 0 年增长到5 0 0 万吨，1 9 8 0 年为 7 6 0 万吨，1 9 9 0 年达到9 1 5 万吨。2 0 0 0 年达到1 5 0 0 万吨。球墨铸铁的生产发展 速度在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的7 5 是由美国、日本、德国、 意大利、英国、法国六国生产的。 我国球墨铸铁生产起步很早，1 9 5 0 年就研制成功并投入生产，至今我国球 墨铸铁年产量达2 3 0 万吨，位于美国、日本之后，居世界第三位。适合我国国 情的稀土镁球化剂的研制成功，铸态球墨铸铁以及奥氏体贝氏体球墨铸铁等各 个领域的生产技术和研究工作均达到了很高的技术水平。 1 铸态珠光体球墨铸铁曲轴和铸态铁素体球墨铸铁汽车底盘零件分别在我 国第二汽车厂、南京汽车厂和第一汽车厂相继投产。这标志着我国铸态球墨铸 铁生产达到了较高水平。与之相适应的包外脱硫、双联法熔炼、瞬时孕育、孕 育块技术以及音频检测和热分析快速分析等技术的采用，则标志着我国大量流 第一章绪论 水生产汽车铸件的技术水平与国际先进水平的差距正在缩小。 2 试验研究了大断面( 壁厚大于1 2 0 m m ) 球墨铸铁的冶金因素以及相应的 生产工艺措施。采用适量的钇基重稀土复合球化剂、强制冷却、顺序凝固、延 后孕育，必要时添加微量锑、铋等可防止球墨铸铁件中心部位的石墨畸变和组 织疏松等，现已成功地制作了3 8 吨重的大型复杂结构件，1 7 5 吨重的柴油机体、 截面为8 0 5 m m 的球墨铸铁轧辊等。 3 奥氏体贝氏体球墨铸铁的研究与应用。2 0 世纪7 0 年代初，几乎同时中 国、美国、芬兰3 个国家宣布研究成功了具有高强度、高韧性的奥氏体贝氏体 球墨铸铁( 国际上统称a d i ) ，这种材质的抗拉强度达1 0 0 0 m p a ，因此它广泛 应用于齿轮以及各种结构件，与合金钢相比，奥贝球墨铸铁具有显著的经济效 益和社会效益。 4 球墨铸铁管和水平连续铸造球墨铸铁型材。我国已相继建成几个球墨铸 铁管厂，且近几年还将有几个球墨铸铁管厂建成。2 0 0 0 年，我国年产离心铸造 球墨铸铁管达9 0 万吨。此外，我国自行研制的水平连续铸造球墨铸铁型材生产 线已通过国家鉴定，并已有多家企业投产。再加上我国引进的一条生产线，至 2 0 0 2 年，我国年产球墨铸铁型材的能力达数万吨。 5 系统地测定了稀土镁球墨铸铁的力学性能及其他性能，为设计人员提供 了有关数据。测定了稀土镁球墨铸铁的比重、导热性、电磁性等物理性能，结 合金相标准研究了石墨和基体组织对球墨铸铁性能的影响规律。系统地测定了 铁素体球墨铸铁在常温、低温、静态和动态条件下的各种性能。此外，还研究 了稀土镁球墨铸铁的应力应变性能、小能量多冲抗力和断裂韧性，并开始用于 指导生产。结合球墨铸铁齿轮的应用，还系统地研究了球墨铸铁的弯曲疲劳强 度和接触疲劳强度，以及球墨铸铁齿轮的点蚀、剥落机理等。 6 稀土镁球墨铸铁。在高强度低合金球墨铸铁方面，除了对铜、钼研究较 多外，还对镍、铌等进行了研究。在利用天然钒钛生铁制作钒钛合金球墨铸铁 方面，国内一些单位进行了大量、系统的工作。中锰球墨铸铁虽然在性能上不 够稳定，但多年来的系统研究与生产应用，取得了显著的经济效益。 在耐热球墨铸铁方面，除了中硅球墨铸铁以外，系统研究了s i + a l 总量对稀 土镁球墨铸铁抗生长能力的影响。我国研制的r q t a l 5 s i 5 耐热铸铁用作耐热炉 条的使用寿命是灰铸铁的3 倍，是普通耐热铸铁的2 倍，并与日本c r 2 5 n 订3 s i 2 耐热钢的使用寿命相当。 2 第章绪论 高镍奥氏体球墨铸铁方面也取得了进展，它在石油开采机械、化工设备、 工业用炉器件上均取得了成功的应用。 在耐酸球墨铸铁方面，我国生产的稀土高硅球墨铸铁比普通高硅铸铁的组 织细小、均匀、致密，由此，抗蚀性能提高了1 0 - - 9 0 ，并且其机械强度也有 显著改善。 7 稀土在球墨铸铁中的作用。稀土能使石墨球化。自从h m o r r o g h 最先使 用铈得到球墨铸铁以来，先后许多人研究了各种稀土元素的球化行为，发现铈 是最有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。 结合国情，我国对稀土的球化作用进行了大量研制工作，发现稀土元素对 常用的球墨铸铁成分( c 3 6 3 8 w t ，s i 2 0 2 5 w t ) 来说，很难获得同镁球 墨铸铁那样完整均匀的球状石墨；而且，当稀土量过高时，还会出现各种变态 形的石墨，白口倾向也增大，但是，如果是高碳过共晶成分( c 4 0 w t ) ，稀 土残留量为0 1 2 0 1 5 w t 时，可获得良好的球状石墨。 根据我国铁质差、含硫量高( 冲天炉熔炼) 和出铁温度低的情况，加入稀 土是必要的。球化剂中镁是主导元素，稀土一方面可促进石墨球化；另一方面 克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的。 稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明，当干扰元素p b 、b i 、s b 、t e 、t i 等总量为o 0 5 w t 时，加入0 0 1 w t ( 残余量) 的稀土，可以完全中和干扰，并 可抑制变态石墨的产生。我国绝大部分的生铁中含有钛，有的生铁中含钛高达 0 2 0 3 w t ，但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0 0 2 - 0 0 3 w t ，故 仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸铁中加入0 0 2 - 0 0 3 w t b i ，则几乎把球 状石墨完全破坏；若随后加入0 0 1 - 0 0 5 w t c e ，则又恢复原来的球化状态，这 是由于b i 和c e 形成了稳定的化合物。 稀土的形核作用。2 0 世纪6 0 年代以后的研究表明，含铈的孕育剂可使铁液 在整个保持期中增加球数，使最终的组织中含有更多的石墨球和更小的白口倾 向。经研究还表明，含稀土的孕育剂可改善球墨铸铁的孕育效果并显著提高抗 衰退的能力。加入稀土可使石墨球数增多的原因可归结为：稀土可提供更多的 晶核，但它与f e s i 孕育相比所提供的晶核成分有所不同；稀土可使原来( 存在 于铁液中的) 不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多。 3 第一章绪论 1 1 2 球玉铸铁的组织与性能 经过球化处理的铸铁液，浇注后石墨结晶球状，获得球墨铸铁，从而提高 了铸铁的力学性能。 1 、组织：基体+ 球状石墨，基体的组织有多种常见的如图所示。 一_ _ _ _ _ 铰素体基体球墨铸铁铁累体珠光体基体球墨铸铁 珠光体萋体球墨铸铁r 贝氏体基体球墨铸铁 球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在于铸铁基体中，改善其对基体的割 裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有 耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现己广泛替代可锻铸铁及部分铸铜、 锻钢件，其机械性能远胜于出口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工 和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞、连杆、轧辊、 汽车后桥等高级铸件以及多种机械零件。 根据基体组织的不同，常用的球墨铸铁分为三种类型：铁索体球铁、铁索 体一珠光体球铁及珠光体球铁。 2 性能：球墨铸铁的强度、塑性与韧性都大大优于灰铸铁，力学性能可与 相应组织的铸钢相媲美。缺点是凝固收缩较大，容易出现缩松与缩孔，熔铸工 第一章绪论 艺要求高，铁液成分要求严格。球墨铸铁的正常组织是细小圆整的石墨球加金 属基件，由于石墨的利用率可达7 0 - - 9 0 ，因此球墨铸铁的力学性能比灰铸铁 高得多，抗拉强度甚至可以和钢媲美，塑性和韧性也大大提高，而流动性不如 灰铸铁，所以铸造性能比灰铸铁差。铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在， 它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造 生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。但它的抗位强度不够，故不能锻轧， 只能用于制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。 1 1 3 球墨铸铁的生产制造工艺 球墨铸铁与灰口铸铁相比，c 、s i 含量较高，而m n 较低，对s 、p 的限制 较严。其化学成分一般为：( 3 5 3 8 ) c ，( 2 0 - 3 o ) s i ，( 0 5 - 0 7 ) m n ， 0 0 8 p ， 8 0 ，( 参考标准) 铸件本体材质不合格率为0 。 4 、四种牌号生产工艺技术需在全顺单胎轮毂铸件本体上验证硬度，硬度差 不大于h b 4 0 ，硬度的上下限参照国标同类牌号要求。 5 、完成项目报告，提供所有试验数据及分析过程，分析c 、s i 、m n 、c u 、 m o 、c r 、s n 等各元素对机械性能和金相组织的影响； 6 、分析甲方实际生产中球化工艺和孕育工艺，针对球化不良、硬质点问题 提出改进措施。 7 、分析碳当量、铸型硬度对铸件缩孔的影响，针对高碳当量易出现石墨开 花问题提出改进措施。 8 、甲方派出1 2 名技术人员参与乙方项目试验及分析研究的全过程，以帮 助甲方培养球铁熔炼技术及质量控制方面的技术人员。 1 0 第二章技术服务内容和验收标准 2 2 技术成果验收标准 在现场生产条件下，通过对s g m 差速器壳、v 3 4 8 差速器壳、全顺单胎轮 毂、p u m a 主盖四类产品进行四种牌号验证，验收内容如下： l 、y 型块性能达到牌号要求。 2 、铸件本体球化率8 0 。( 参考标准) 3 、本体硬度差不大于h b 4 0 。 2 3 项目实施的指导思想 l 、紧密结合江铃铸造厂的生产实际，在选择熔炼工艺方面，充分与厂方技 术人员协作，使研究成果具有可操作性。 2 、在选择试验材料方面，尽量选用厂方正在使用和价格低廉的材料，使研 究成果更结合厂方实际并具有最低的成本。 3 、检测项目尽可能在江铃铸造厂进行，使检测结果更具可比性和可信性。 第二章试验条件及方法 第三章试验条件及方法 采用企业冲天炉与学校中频感应加热炉合作熔炼的方法。利用企业球铁生 产用的冲天炉，将用于球铁生产的大块原生铁一林钢生铁进行熔化，经脱硫处 理后，浇注成小铁锭，再经过企业的分析化验室对铸锭化学成分测试后。一并 交与学校作为科研原材料和研发新材料配料的原始数据。学校采用5 0 k g 的中频 感应加热炉进行熔炼，每炉处理铁液3 0 k g 。每炉配料的化学成分，处理后的球 铁液浇注的各种试样做好相应的标 ，以便进行下一步的化学成分检测和力学 性能分析。 3 1 试验材料 试验用原生铁：河南林州产生铁：其主要成分为( w t ) c ：37 4 、s i ：1 0 0 m n ：02 0 、s 00 2 、p 00 5 。 球化剂：含镁5 、稀2 的m g r e 合金 孕育刺：7 5 的硅铁 3 2 试验设备设旌 试验主要用设备设施如下： 1 、用于熔炼的冲天炉、中频感应炉成套设备； 2 、用于球化反应底部带凹坑的浇包； 3 、用于炉前快速测量温度的铂铑热电偶快速测温仪； 4 、造型用的砂箱及造型工具等。 5 、光谱分析试块模具，造型用y 块、三角试样和阶梯试块等模型。 图3 1 制造铸型图32 温度测量显示仪 第三章试验条件及方法 3 3 试验方法 生铁先经冲天炉熔化脱硫后浇成约4 k g 重的铁锭。再用5 0 k g 中频感应炉熔 化，铁水熔化后用包底凹坑冲入法进行球化和孕育处理，球化剂用量为15 ， 孕育剂用量为1 ，处理温度为1 6 0 0 1 c 。处理后的铁水浇注光谱试样、三角试块、 阶梯试块和标准y 型试块。 用光谱试块进行球化处理前后的化学分析，三角试块用束较直观的估计炉 前铁水的碳硅含量及球化情况，阶梯试块用柬测定厚薄断面的硬度变化，在y 块薄端截取加工试样用以测定抗拉强度，延伸率，用拉断的试样加工硬度试 样，测定布氏硬度，硬度测定后的试样用来做金相试样。按照g b 9 9 4 1 8 8 金相 标准确定球化级别和石墨大小及石墨球数和珠光体数量。 具体研究工艺流程如图3 3 所示。 叵- ! 至卜 三圃 i 图33 高牌号球墨铸铁研究开发j 二艺流程 圈34 炉前快速测温 圈35 倾炉出铁水 圈36 包内球化反应 目37 去掉包内的炉渣 第章试验条什及方法 幽38 浇注光谱、一角试样蚓39 浇注y 刑试样块 第四章试验研究结果 第四章试验研究结果 根据企业对各牌号球墨铸铁的技术要求，通过适当控制碳当量，采用合盒化， 强化孕育的工艺技术方案，不同配料熔炼了5 0 多炉，并分别进行化学成分、力学 性能和加工性能分析。得到符合0 3 7 0 0 3 ( ob 3 o ) 、q t 6 0 0 - 5 ( 6 0 0 o b 7 0 05s ) s m ) 、q r 5 5 0 - 7 ( 5 5 0 o b 堋 6s ) 7 m ) 和 q t 5 0 0 1 0 ( 5 0 0 - ob 1 0 0 ) 四种性能要求的试验各若干组。通过 光谱分析等实验分别测定试样的化学成分、抗拉强度、延伸率、硬度、球化级 数、球化半径、单位面积获得球墨的个数及获得珠光体的能力。并观察试样的 金相组织，分别制成表格记录如下。 4 1 符合q i 7 0 0 - 3 性能要求的试验 4 1 1b 1 2 号 表41 化学成分( _ t ) 圉4 i 石墨盒相组织图42 基体金相组织 第四章试驰研究结果 酗434 l 墨金相纽织幽44 基体金相组绌 4 1 3 c 4 1 号 表4 5 化学成分( w t ) 试验号cs im n m g h r ehc us b + c 4 13 7 824 404 700 2 7 00 2 400 5 表46 机械性能 第四章试验研究结果 4 1 4 c 4 2 号 图45 石墨金相组鳃图46 基体盘相组织 表47 化学成分( w t ) 试验q cs im n m gh r ehc u s b + c 4 237 924 4 0 4 700 2 700 2 404 000 5 表48 机械性能 图47 石墨金相组织 图48 基体金相组织 第四章试岭研究结粜 幽49 竹墨金相组纵蚓41 0 基体金相组织 4 1 6e 2 2 号 表41 l 化学成分( w t ) 第四审试验研究结果 幽41 1 打墨金相组织 图41 2 基体盎相组织 4 1 7f 2 1 号 袁41 3 化学成分( w t ) 蚓41 3f l 墨金相掘纵圈41 4 基体金相组织 4 1 8f 2 2 号 夜41 5 化学成分( w t ) ! ! !；! ! 塑坐g !堕!垒 ! 垄 ! ：! ! 竖箜21i ! 垡：! i 21 ：! !三! ：! ! ! i ! ! 竺2塑：! ! ! ! ! ：堕三21 塑 第四章试验研究结果 袁41 6 机械性能 幽41 5 耵墨盒相组耋 4 i 9 f 3 2 号 袁4 1 7 化学成分 酎417 杠墨金相组织 图41 8 基体金相组织 第四章试验研究结果 图41 9 右墨金相组织酗42 0 基体金相组织 4 2 符合q t 6 0 0 - 5 性能要求的试验结果 4 2 1 c 2 2 号 表42 1 化学成丹h t ) 第四章试验研究结果 4 2 2 c 3 1 号 图42 1 石墨金相纽织图42 2 基体金相组织 袁42 3 化学成分( w t ) 图42 3 1 墨金相组坌! 吲42 4 基体金相组双 4 2 3 d 1 2 号 袁42 5 化学成分( wl ) ! ! ! !坚!坐!堕!坐 d 1 235 82 6 l08 2 00 3 3 00 2 6 03 0 第四章试验研究结果 h ? 一j ? 。：”t 。- f ： -e ? ， j 专毒j ： 图42 5 石墨金指组织 4 2 4 d 2 2 号 表42 7 化学成 图42 7l i 墨金相组织 凹42 8 基体金相组织 第四章试验研究结果 4 2 6 e 1 2 号 圈42 9l l 墨金相绀绒图43 0 毖体金相组织 表43 l 化学成分( w t ) 第四章试验研究结果 图43 1 石墨金相组织 4 2 7 f l l 号 表43 3 化学 4 2 8 f 1 2 号 图43 3 石墨金相组织 囤43 4 基体金相组织 表43 5 化学成分扣t ) 第四章试验研究结果 4 2 9 e 2 1 号 图43 5 _ 】墨金相组织幽43 6 基体金相组织 表43 7 化学成分( w t ) 蚓43 71 1 墨金相组织图43 8 基体金相组织 第四章试验研究结果 图43 9 石墨金相组织图44 0 基体金相组织 4 3 符合q t 5 5 0 - 7 性能要求的试验( 共3 组) 4 3 1b l l 号 表44 l 化学成分( w 啪) 第四章试验研究结果 4 3 2 c 2 1 号 图44 1 石墨金相组织 表43 3 化学成 4 3 2 d 2 1 号 图44 3 f f 曼金相组织图44 4 基体金相组织 表44 5 化学成分h 件) 第四章试验研究结果 _ ：! 一_ - o ：o t ：二 | ： 蔓薯：蠢? ，：i - ：；：。：麓蕊 圈44 5 石墨金相组织图44 6 基体金相组织 4 4 符合q t s 0 0 - 1 0 性能要求的试验( 共4 组) 4 4 1 c 2 1 号 表4 4 7 化学成分f w 蚴 试验号cs im n m gn r e *c u c 2 134 025 003 90 0 5 500 2 5 06 3 图44 7 石墨叠相组织 图44 8 基体会相组织 笫四章试验研究结粜 4 4 3 d 2 1 号 目4 , t 94 】幂台相编织剖4j o 纂体金柏纠势 表45 l 化学成分( w 第四章试验研究结果 j ：i i , j 。! ： ，0 j j 麓鬈 ，：。：麓 幽45 14j 墨金相组织图45 2 基体金相组织 4 4 4 d i i 号 表45 3 化学成分r w 慌 削45 3x l 墨金相组织圈45 4 基体盘相组织 第四章试验研究结果 4 5 球铁阶梯试块硬度分布情况 l5 图4 5 5 铸态球墨铸铁阶梯试块硬度分布 表4 5 5 球铁阶梯试块硬度分布情况 试 阶梯面 硬度差 验 1 ( 低) 23 4 ( 高) 号 平均 平均 平均 平均 e 1l2 3 42 4 52 4 42 4 12 3 72 3 22 3 52 2 92 2 52 2 32 2 61 5 e 1 2 2 3 62 4 12 3 42 3 7 2 3 9 2 3 62 3 92 3 82 4 52 3 9 2 3 42 3 92 e 2 1 2 8 62 8 62 7 72 8 3 2 9 72 9 23 0 22 9 72 8 82 8 5 2 9 02 8 83 0 23 0 6 2 9 73 0 21 8 e 2 22 7 4 2 6 92 4 62 6 3 2 5 6 2 4 42 4 52 4 82 3 72 4 2 2 3 22 3 72 3 6 2 4 0 2 2 92 3 52 8 e 4 23 l l2 9 72 9 02 9 9 2 7 22 7 52 6 82 7 22 8 52 8 22 7 22 8 42 8 02 7 l2 6 5 2 7 2 2 8 f 111 8 41 9 71 8 51 8 91 9 61 9 61 9 41 9 51 8 61 8 61 8 51 8 61 9 82 0 31 8 91 9 71 1 f 1 2 2 6 0 2 6 2 2 6 1 2 5 2 2 6 52 5 52 5 7 2 4 4 2 3 2 2 3 9 2 3 8 2 5 22 4 12 4 12 4 52 3 f 2 l2 6 92 6 22 5 92 6 3 2 4 9 2 4 82 4 42 4 72 3 42 5 22 3 22 3 92 6 0 2 5 3 2 4 92 5 42 4 f 2 2 2 5 72 7 22 6 6 2 6 5 2 5 52 6 02 5 52 5 2 2 5 32 4 92 5 32 5 22 5 72 5 6 2 4 9 2 5 4 1 3 f 3 l 2 7 5 2 6 5 2 6 22 6 7 2 3 42 5 22 3 72 4 12 4 12 3 2 2 2 42 3 22 6 0 2 3 7 2 3 42 4 43 5 f 3 2 2 5 02 5 22 4 92 5 0 2 3 4 2 3 7 2 2 92 3 32 1 52 1 9 2 1 42 1 62 1 7 2 2 82 1 22 1 93 4 o2 1 7 2 2 42 1 62 1 9 2 1 4 2 0 52 0 72 0 91 9 12 0 41 9 91 9 82 2 32 2 2 2 2 92 2 52 7 表4 5 6 化学成分( w t ) cs i m n m g 鳢 r e 残 c u e l l 3 7 5 ( 3 9 2 ) 3 0 1 ( 2 6 0 ) o 9 00 0 4 40 0 5 3 e 1 2 3 7 5 ( 3 9 2 ) 3 0 1 ( 2 6 0 ) 1 2 0 0 0 4 40 0 5 3 e 2 l 3 6 5 ( 3 9 2 1 3 0 1 ( 2 6 0 ) o 7 80 0 5 20 0 5 4o 6 0 e 2 2 3 6 5 ( 3 9 2 、 3 0 1 ( 2 6 0 ) 0 7 8 0 0 5 20 0 5 4 0 9 l e 4 23 8 42 7 5o 5 70 0 4 90 0 5 lo 6 0 f 1 1 3 3 8 ( 3 6 5 、 2 5 0 ( 2 7 5 ) 0 7 0 o 0 0 3 ( o 0 4 4 ) 0 0 0 8 ( o 0 5 3 ) f 1 2 3 3 8 ( 3 6 5 ) 2 5 0 ( 2 7 5 ) 1 1 0 0 0 0 3 ( o 0 4 4 ) 0 0 0 8 ( o 0 5 3 ) f 3 13 6 62 6 0o 7 2 o 0 0 3 ( o 0 4 4 ) 0 0 0 8 ( o 0 5 3 ) o 5 0 f 3 23 6 62 6 00 7 2 0 0 0 3 ( o 0 4 4 ) 5 。 图5 9m n 含量对硬度的影响 3 7 第五章试验结果分析 图5 1 0m n 含量对珠光体量的影响 5 4 锰为适量时铜对组织性能的影响 锰促进和细化珠光体，由于锰的偏析，因而有人不主张用锰合金化来获得 全部珠光体组织，因而我们采用不同的锰量和铜量来配合，获得不同的球铁性 能，生产各种球铁牌号，在球铁中最常用的合金元素是铜，铜是中等石墨元素， 它稳定奥氏体，提高奥氏体壳的稳定性，有利于得到园整石墨，在共析转变时， 铜显著细化和稳定珠光体，其促进珠光体的能力为锰的3 倍，所以随着铜的增 加，球铁中的石墨较为圆整。表5 5 显示球铁的强度、硬度随含铜量的增加而提 高，各阶梯面的硬度差也较小。 表5 5 锰适量时铜对铸态球铁组织性能的影响 3 8 第五苹试验结果分析 从表5 5 分析可知，在锰量为0 4 0 6 ，铜控制在o3 _ o6 ，可生产 q t 5 5 0 - 7 、q t 6 0 0 - 5 。锰含量为0 6 o8 铜含量为o6 08 时，可生产 q t 6 0 0 一5 、q t 7 0 0 一3 。典型试样分析如下。 表56d 1 2 机械性能 j j | ，j 。 - 冀- ol a 。, ! ! ：_ ；_ t 。e 1 ? 。 、 ： 尊 ，烹 图57 打墨盒相组织目58 基体金相组织 第五章试验结果分析 囤59 石墨金相组织 表58d 2 2 图51 1 右墨金相组织图51 2 基体金相组织 表59f 2 2 机械性能 叫、叫_ull一 刊一 雾 第五章试验结果分析 图51 3 石墨金相组织图51 4 基体金相组织 5 4 1 含锰量0 8 时，含铜量对球铁组织性能的影响 表51 0 铜锰合金化对铸春球铁机械性能的影响 注：表5l o 显示，当球铁含锰为o8 左右时 随着含铜耸啦人幅提高，其机槭性能显著增强。 图51 508 m n 时铜对强度的影响 4 1 第五章试验结果分析 图5 1 60 8 m n 时铜对延伸率的影响 5 4 2 含锰量o 7 时，含铜量对球铁组织性能的影响 表5 1 1 含铜量对铸态球铁机械性能的影响 c um p a6()hb o 3 75 7 61 4 5 02 2 5 o - 3 75 5 91 5 3 01 9 5 o 5 66 2 27 5 02 3 5 0 5 66 5 45 7 02 3 5 0 5 06 9 33 9 0 2 4 9 o 5 06 6 86 9 02 4 2 0 9 06 8 0 3 0 02 4 0 0 9 07 3 06 0 02 6 0 图5 1 70 7 m n 时铜对抗拉强度的影响 4 2 第五章试验结果分析 图5 1 80 7 m n 时铜对延伸率的影响 5 4 3 含锰量0 5 时，含铜量对球铁组织性能的影响 表5 1 20 5 锰时铜对铸态球铁组织性能的影响 表5 1 2 可以看出，当锰含量为0 5 时，通过调整铜的合金化含量，球铁的机 械性能变化明显。铜含量从0 4 5 变至0 6 时，抗拉强度、硬度显著提高的同 时，仍保持较好的延伸率；铜含量从0 6 变至0 8 9 时，抗拉强度、延伸率、 硬度变化不大，所以在中锰条件下，铜含量过高一方面对铸件的机械性能影响 不明显，另一方面还会增加铸件的成本。综合试样分析得出，锰含量0 5 ，铜 加入量控制在o 6 左右时，能获得较理想的综合机械性能的铸态球铁。具体机 械性能分析见图5 1 9 和图5 2 0 。 4 3 第五章试验结果分析 图5 1 90 5 m n 时铜对抗拉强度的影响 图5 2 00 5 m n 时铜对延伸率的影响 5 5 锰为中量时锡对组织性能的影响 锡是强烈稳定珠光体的元素，用它主要是为了增加基体中的珠光体含量， 提高强度及耐磨性，增加球铁的热稳定性。锡含量在o 0 5 一0 1 之间，超过o 1 会使石墨球化困难，锡还可以防止断面球墨变坏。 锡在0 0 7 5 时，ob 为6 4 5m p a ，6 为4 ，增加铜o 6 后，强度稍有增加， 延伸率下降，ob 增加至7 6 4 m p a ，6 降至2 4 。 因此加锡0 0 7 5 可以生产o t 6 0 卜3 ( 国标) ， 加锡0 0 7 5 ，铜o 6 可以生产q t 7 0 0 _ 之( 国标) 。西安兴平某厂生产 第五章试验结果分析 q t 6 02 ( 老牌号) 就是加锡、铜、铬 表51 3 锰为中量时锦对铸态球铁组织性能的影响 露i 嚣 ：，；_ 协囊1 ：。： 】冬52 1 石墨金相组毋 表51 5 锡对铸态球铁机械 幽52 3 i l 墨金相组织 圈52 d 基体金相组织 第五章试验结果分析 表51 6 铜锡台金化对铸态球铁机械性能影响的典型