柴油机缸盖用CE、Cu 、Cr、Mo合金铸铁的组织性能研究 毕业论文.doc
柴油机缸盖用CE、Cu 、Cr、Mo合金铸铁的组织性能研究
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I柴油机缸盖用 CE、Cu 、Cr、Mo 合金铸铁的组织性能研究柴油机缸盖用 CE、Cu 、Cr、Mo 合金铸铁的组织性能研究摘 要本文通过正交试验，考查了 CE、Cu 、Cr、Mo 、对合金铸铁力学性能的影响规律，利用光学金相显微镜（OM）、对合金中的组织的组成进行了分析。实验结果表明：CE、Cu 是影响合金铸铁力学性能的主要影响因素，主要影响了石墨的大小形态和珠光体的量以及片层间距。Cr 对合金铸铁的强度硬度影响不大，但是能形成一定量的碳化物提高了合金铸铁的耐磨性和稳定珠光体的含量。Mo 对合金铸铁的影响不明显，但是有一定的细化石墨和珠光体的作用。通过实验确定了一组最优的合金成分：CE=3.9、Cu=0.5、Cr=0.3 、Mo=0.35 。预计其性能达到： b280MPa；硬度大于 240HB。关键词：合金铸铁；基体组织；抗拉强度；硬度IIStudy on the Microstructure of Alloy Properties of Alloy Cast Iron for Cylinder Head of Diesel Engine AbstractThrough orthogonal test, the CE test ,Cu, Cr, Mo, on the mechanical properties of alloy cast iron influence, using the optical microscope (OM), composition of the alloy in the organization are analyzed. The experimental results show that: CE, Cu are the main factors affecting the mechanical properties of alloy cast iron, the main effect of the graphite morphology and the amount and size of pearlier interlamellar spacing. Cr has little influence on the strength and hardness of alloy cast iron carbide, but can form a certain amount of increase the amount of alloy cast iron wear resistance and stability of pearlier. Effect of Mo on alloy cast iron is not obvious, but there are some fine graphite and pearlier. A group of optimal alloy composition was determined by the experiment: CE=3.9, Cu=0.5, Cr=0.3, Mo=0.35. Its performance reaches the expected: b280MPa; hardness is 240HB.Key words: Alloy cast iron; Matrix organization; Tensile strength; solidity1 绪论0目 录1 绪论 .21.1 前言 .21.2 合金铸铁的发展历史 .31.3 国内、外研究现状 .51.4 合金铸铁的组织、性能特点及应用 .51.4.1 组织特点 .61.4.2 性能特点 .91.4.3 合金铸铁的应用 .111.5 合金元素对合金铸铁的影响 .111.6 本文主要研究内容 .132 实验内容与方法 .142.1 实验材料 .142.2 实验合金及因素水平表 .142.3 熔炼及浇注工艺流程 .142.4 造型 .152.4.1 圆棒试样 .152.5 试样的制备 .152.6 力学性能的测定 .163 实验结果及分析 .173.1 CE、C U、 CR、MO、对合金铸铁力学性能的影响 .173.2 显微组织分析 .193.2.1 CE 对合金铸铁组织性能的影响 .193.2.2 Mo 对合金铸铁力学性能的影响 .203.2.3 Cu 对合金铸铁力学性能的影响 .213.2.4 Cr 对合金铸铁力学性能的影响 .224 结论 .24参考文献 .25 11 绪论1.1 前言 合金铸铁是一种传统的结构材料，由于价格低廉、生产工艺简单，迄今仍被大量采用。碳主要以片状石墨形式出现，是应用最为广泛的一种铸铁 1。合金铸铁的铸造性能、切削性、耐磨性和吸震性都较优于其它各类铸铁，而且生产方便、成品率高、成本低。因此，在发动机缸体上广泛应用，在各类铸铁的总产量中点 80%以上目前，大型载重汽车和拖拉机的发动机缸体选用材料以合金铸铁为主，然而合金铸铁的最大缺点是抗拉强度较低。由于汽车工业低排放的要求，对材料强度提出更高要求。因此，在生产发动机缸体合金铸铁铸件时，通常加入一定量的 Cu、Cr、Mo 和 Ni 合金元素以提高合金铸铁的性能 2-3。在这些合金元素中，Cu 的价格是相对较低的也最为常用。但是 Cu 的加入仍然较多地提高了缸体铸件的生产成本，在大批量的生产中，如果能够通过技术措施，减少或取消 Cu 的用量，将带来一定的经济效益。为满足使用性能而加入各种合金元素使铸铁件强度增加的同时势必导致切削抗力的增加，从而导致刀具磨损加剧。目前轿车生产普遍采用数控机床和自动加工线、高速切削工艺，刀具的磨损和使用寿命对生产效率有很大影响 4。发达国家早在 20 世纪 40 年代就开展了合金铸铁材料加工性能研究 5-6，主要是针对低强度合金铸铁的研究 7。而国内关于合金铸铁加工性能的研究相对较少，并且国产合金铸铁铸件加工性能与国外的相比较差 8-9。综合考虑合金元素对合金铸铁力学性能和加工性能的影响以及生产成本等因素，本研究中用价格较低的多元合金添加剂（含RE、Cr、Mn、Si、Fe）取代 Cu 进行合金化，研究在相同孕育剂下两者的强度、硬度、组织以及切削加工性的差别，初步探索多元合金取代 Cu 合金化工艺。同时，研究多元合金添加剂合金化时，不同孕育剂处理孕育的情况下合金铸铁的强度、硬度、组织以及切削加工性的差别，从而选择合适的孕育剂 10-11。柴油机的气缸体、气缸盖、飞轮、飞轮壳、主轴承盖、排气管与联接器盘等零件均为灰铸铁件，其牌号为 HT200、HT250 与 HT300。气缸体在柴油机工作时承受很复杂的负荷，应采用足够刚性和强度的铸铁。气缸盖在工作中还承受很大的热负荷，排气道的排气温度可达 600900，应采用强度与热疲劳性能好的铸铁。气缸体与气缸盖结构复杂，尺寸较大，壁厚差大（薄壁处 3.56.0mm，厚壁处 2535mm） ，整体壁厚较薄，砂芯多且复杂，大批量生产这种复杂薄壁的柴油机关键零件，不仅要求灰铸铁有良好的力学和物理性能，还要求有 2较佳的铸造性能和切削性能。随着现代新型车用柴油发动机功率密度（KW/排量L ）的提高，导致了发动机机体、缸盖等关键零部件机械负荷和热负荷的增加，因而对它们的强度、刚度、耐热性能、抗疲劳性能及工艺性能等提出了更为苛刻的要求 7-8。合金铸铁是指在普通铸铁中加入合金元素而具有特殊性能的铸铁。合金元素能使铸铁基体组织发生变化，从而使铸铁获得特殊的耐热、耐磨、耐腐蚀、无磁和耐低温等物理-化学性能，因而是制造高性能柴油发动机机体及气缸盖的理想材料。高功率密度柴油发动机缸盖进气口和排气口，工作时要承受着很高的温度，进气口温度可以达到200300，排气口的温度则可达400500，同时在高温燃气的环境中承受着气门高频率的反复冲击 9。因而热疲劳断裂是造成缸盖失效的主要原因。深入研究不同成分的合金铸铁的室温、高温力学性能（高温强度、持久强度极限）及强度比，不仅有助于材料的热疲劳性能分析，而且对高功率密度柴油发动机铸铁缸盖的选材提供了可靠的依据。1.2 合金铸铁的发展历史1879 年到 1988 年美国，日本、西德等工业发达国家的铸铁产量统计表明，随着球铁应用的不断扩太，合金铸铁件产量占铸铁件产量的比例基本呈下降趋势，美国从 77.65%下降到 60.08%，日本从 65.92%下降到 64.6%，西德从 76.74%下降到 69.6%，英国从 80.26%下降到 55.79%，法国从 67.84%下降到 54.35%。随着机械工业向精化、强化，轻型化方向发展在合金铸铁产量中，高强度合金铸铁所占比例越来越重。西德 1982 年的铸铁生产为例，低牌号合金铸铁GG15（相当于我国的 HT150）产量只占全部铸件的 3.2%，而 GG20 到 GG35 的总和却 45%以上。法国 CTIF 指出，机床的基础件尽量采用抗拉强度343422N/mm 2 、硬度 HB220240 的高强度和合金铸铁。国外柴油机缸体、缸盖的材料牌号都在 HT250 以上，西德机床床身和日本 K 系列机床铸件材质的抗拉强度均要求 343N/mm2 以上。液压件要求抗拉强度在 HT300 牌号以上的比例越来越高 10。目前，国外高强度合金铸铁已广泛用于汽车，拖拉机、机床、液压件，通风机械，精密机械，试验仪器、农业机械等各行各业。我国铸铁件约占铸件总产量的 84%，灰铸铁约占铸铁总量的 8689% ，高强度合金铸铁的比例却很少。长期以来，我国对高强度合金铸铁的研究工作没有给予重视，致使高强度合金铸铁的生产技术比先进国家落后十多年。我国高强度合金铸铁件与国外相比有较大差距。50 年前，合金铸铁铸件约占铸造金属总量的 3/4 ，但目前却只占约 1/2。减少的主要原因是，金属材料的生命力主要在于强度，而合金铸铁的强度相对较低，所以受到冲焊件、球（蠕）铁、轻有色金属和塑料等 3材料的竞争。尽管 4如此，合金铸铁仍不失为一种主要的铸造金属材料。这是因为，其价格较低且生产设施和成形过程比较简便；此外，迄今某些工件的选用材料仍然合金铸铁莫属，再者，合金铸铁铸件的生产及其性能仍处于不断改进与提高的过程中。有必要提及的是，要生产出高质量的合金铸铁件，如优质发动机部件并非易事，因为不论从工艺过程还是所涉及的理论都比较复杂，其难度时常超出预料。汽车制造行业一直是合金铸铁件的大用户，这些部件一般集中在发动机上。出于对环保和减轻汽车自重的考虑，上世纪 60 年代，国外一度兴起铝材缸体热。但由于高压压铸 铸件的针孔缺陷和铝材与缸套、气阀座等零件嵌合后，因热膨胀系数不同引起的棘手难题，加上生产成本等因素的原故，人们不得不将视线转回到铸铁材质上。此后，人们以采用薄壁铸件生产工艺和获得高性能铸铁件为目标，以求得缸体铸件的大幅度减重。合金铸铁强度与硬度的关系提高合金铸铁强度是拓展合金铸铁应用的前提，为此，还需要同时解决铁液的工艺性和铸铁的切削性等问题。根据国外汽车发动机厂的核算，生产成本中最大的支出是刀具费用。因为缸体、缸盖等主要零部件 的加工工序浩繁，加工精度和切削速度又极高，使用及消耗的特制刀具十分昂贵。高强度铸铁的硬度较高，通常情况下，对同一金属而言，硬度高则切削性差，这是个难题。就常规而言，高强度灰 铸铁的共晶度 Sc 较低，铁液工艺性（白口倾向、流动性和收缩性）恶化，这对生产薄壁铸件极为不利，这也是个难题。人们从长期生产实践中发现，由于冶金因素的存在，试验数据表明，在相同 化学成分和冷却状态下，灰铸铁的强度并不绝对地取决于其硬度，在一定条件下，可以生产出高强度低硬度铸铁（近期试验研究和实际生产还表明，合金铸铁的切削性和耐磨性也不完全决定于其硬度 ） 。亚琛工业大学有人经过长期的试验研究和工厂数据的统计分析以及数学推导，得出可由灰铸铁 的成分推导出它的正常度（亦称成熟度或质量指标） ，从而发现，各铸造车间由于对冶金因素的理解和控制程度的不同，铸铁的正常度最大波动可达20%。我国从 1950 年我国合金铸铁件是采用原苏联的标准经过修订于 1967 年制订并颁布了我国的合金铸铁国家标准 GBT/976-1967 即灰铸铁件分类及技术条件并于 1968 年一月施行，到了 80 年代改革开放促进了铸造业的发展 11。1.3 国内、外研究现状国内外柴油发动机缸体材料普遍采用 HT250 牌号的铸铁，通过控制碳当量和添加一定量的 Cr、Cu、Sn 等合金元素，以保证其抗拉强度 250 MPa、本体硬度 220275 HB 的控制指标。合金元素的加入虽然提高了力学性能，满足了控制指标的要求，但也带来严重的问题。一方面，合金元素的加入，大大提高了 5成本；另一方面，较低的碳当量和加入的合金元素，影响灰铸铁的凝固方式、补缩能力等铸造性能和切削加工性能，导致铸件出现大量废品，切削加工性能严重恶化。针对这一问题，根据发动机的工作条件，优化合金加入量，降低成本，改善铸造性能和机械加工性能，具有重要意义。国内外柴油发动机缸体通过控制碳当量和添加一定量的 CE、Cr、Cu、Mo等合金元素，以保证其抗拉强度 250 MPa、本体硬度 220-275 HB 的控制指标 12。合金元素的加入虽然提高了力学性能，满足了控制指标的要求，但也带来严重的问题。一方面，合金元素的加入，大大提高了成本；另一方面，较低的碳当量和加入的合金元素，影响铸铁的凝固方式、补缩能力等铸造性能和切削加工性能，导致铸件出现大量废品，切削加工性能严重恶化 13-14。针对这一问题，根据发动机的工作条件，优化合金加入量，降低成本，改善铸造性能和机械加工性能，具有重要意义 15。目前我国内燃机发动机缸盖和外国相比还有很大差距。 表 1.1 化学成分对 X4105 型柴油发动机汽缸体缩孔废品率的影响化学成分（% ） 力学性能C Si Mn P S CE 抗拉强度HB气缸体浇注数缩孔废品数缩孔废平率3.29 1.95 0.66 0.051 0.084 3.94 310 229 60 17 283.26 1.85 0.51 0.066 0.087 3.88 327 244 42 13 313.11 1.68 0.56 0.053 0.095 3.67 321 229 43 19 443.14 1.96 0.55 0.064 0.085 3.78 334 244 43 22 511.4 合金铸铁的组织、性能特点及应用合金铸铁的金相组织由金属基体和片层石墨所组成 16。主要的金属基体形式有珠光体、铁素体及珠光体铁素体三种。石墨片可以不同的数量、大小、形状分布于基体中。此外，还有少量非金属夹杂物，如硫化物、磷化物等。合金铸铁中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。合金铸铁的金属基体与碳钢的一般基体相比没有多大区别，但是由于合金铸铁内的硅、锰含量较高，它们能溶于铁素体中能使铁素体得到强化，硅的作用更强大些。因此，铸铁中的金属体部分的强度性能比碳钢的要高得多。珠光体的数量和分散度与铸铁共析转变时的过冷度有关，过冷度越大，则珠光体的比例越大，分散度也越大。普通合金铸铁的金属基体是又珠光体与铁素体按不同比例组成的，其分布特征是铁素体大多出现在石墨周围。高强度合金铸铁则主要是珠光体基体或是索氏体基体。此时，铁素体与渗碳体的片间距 6很小，由于这种层状组织排列紧密，因此抗拉强度和硬度也较高 17。由于合金铸铁具有良好的减震性、良好的减摩性、较低的缺口敏感性，通常用于大型机床的床身以及复杂的铸件和具有较多孔洞、键槽的铸件。1.4.1 组织特点铸铁的金相组织由金属基体和片层石墨所组成。主要的金属基体形式有珠光体、铁素体及珠光体铁素体三种。石墨片可以不同的数量、大小、形状分布于基体中。此外，还有少量非金属夹杂物，如硫化物、磷化物等。合金铸铁通常是指断面呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。合金铸铁的金属基体与碳钢的一般基体相比没有多大区别，但是由于合金铸铁内的硅、锰含量较高，它们能溶于铁素体中能使铁素体得到强化，硅的作用更强大些。因此，铸铁中的金属体部分的强度性能比碳钢的要高得多。珠光体的数量和分散度与铸铁共析转变时的过冷度有关，过冷度越大，则珠光体的比例越大，分散度也越大。普通合金铸铁的金属基体是又珠光体与铁素体按不同比例组成的，其分布特征是铁素体大多出现在石墨周围。高强度灰铸铁则主要是珠光体基体或是索氏体基体。此时，铁素体与渗碳体的片间距很小，由于这种层状组织排列紧密，因此抗拉强度和硬度也较高。由于合金铸铁具有良好的减震性、良好的减摩性、较低的缺口敏感性，通常用于大型机床的床身以及复杂的铸件和具有较多孔洞、键槽的铸件。石墨的分类：合金铸铁中片状石墨的 6 种分布形态的特点 1）A 型石墨，它呈均匀分布，无方向性。由于这种类型石墨相对来说对金属基体割裂作用较小，机械强度较高，所以用户中多希望得到 A 型石墨；2）B 型石墨，也称菊花状石墨，这种类型石墨发生在碳当量高，且结晶核心较少的情况下，共晶团比较大，而结晶初期冷却速度比较大，所以中心石墨长不大，片较细小；3）C型石墨，它出现在过共晶铁水的铸件中，有粗大的片状初生石墨，可增加材料热导率、降低弹性模量，由于钢锭模子要求有高的导热性，所以在钢锭模中常出现这种石墨。由于 C 型石墨会降低铸铁的机械性能，所以具有 C 型石墨的铸件机械加工表面会出现麻点；4）D 型石墨，石墨于奥氏体枝晶间析出，呈无方向的点状分布。当铸铁件在快速冷却时（如壁很薄） ，铁水有很大的过冷度，但由于硅含量较高，使其免于出现白口，由于在共晶凝固前，有奥氏体先结晶折出，形成无石墨的奥氏体枝晶。这表明铸铁成分是亚共晶，大多数情况也的确如此，但是，共晶成分铸铁会出现 D 型石黑。当冷却速度大时，合金液过冷度增大，共晶温度线下移，Fe-C 相图上的液相线向右下方延伸，原共晶点也向右下方移动，原共晶成分成为亚共晶成分，出现奥氏体初晶及 D 型石墨。金属型铸件易出现 D 型石墨，它与相同硬度的 A 型石墨铸件相比，机械强度较高。D 7型石墨铸件出现的问题是难以得到没有铁素体的铸件，内于密集的点状石墨之间距离很近，所以奥氏体在共析转变时析出的碳很容易聚集到点状石墨上去，Fe3C 难以形成；5）E 型石墨，发生在碳含量很低的铸铁中，冷凝时，首先形成奥氏体初次晶，余下铁水在树枝晶间发生共晶反应，石墨片呈方向性分布；6）F 型石墨，这是一种星形石墨和短片状石墨均匀混合的石墨分布形状，常出现在碳当量高的薄壁铸件中，例如单体活塞环的显微组织中。加微量硼的含硼合金铸铁中也会出现 F 型石墨。图 1.1 片状石墨分布形状图片状石墨的石墨长度分级我国合金铸铁金相标准 GB7216-1987 与美国ASTMA-247 标准中规定石墨长度分为 8 级，1 级石墨最长，在金相显微镜下放大 100 倍看，石墨长度大于 100mm，8 级最短，石墨长度7% 时得到奥氏体基体。铬和锰是强碳化物形成和稳定元素，碳化物一方面与碳化铁组成复合碳化物构成更强更硬的珠光体，另一方面其余部分固溶于铁素体中强化铁素体。铬还促进白口的产生或增大过冷度，其在合金铸铁中的含量0.4；钼（Mo）钼是典型的碳化物形成元素，钼生成碳化物的能力大于锰和铬，是很强的珠光体稳定元素，能细化珠光体，减少铁素体数量，提高淬透性和强度。当钼含量低于 0.6%时，其作用十分温和，有轻度的白口倾向 22-25。1.6 本文主要研究内容（1）碳当量（CE） 、铬（Cr） 、铜（Cu） 、钼（Mo） ，对合金铸铁力学性能的影响。（2）碳当量（CE） 、铬（Cr） 、铜（Cu） 、钼（Mo） ，对合金铸铁金相组织的分析。 132 实验内容与方法2.1 实验材料实验材料如表 2.1 所示：表 2.1 实验材料成分（% ）序号名称 C Si Mn P S Fe Mg Re Ca Cu1 生铁 4.13 1.42 0.55 0.07 0.552 废钢 0.45 0.35 0.5 0.05 0.053 75 硅铁 72 0.5 0.04 0.022.2 实验合金及因素水平表因素水平表如 2.2 所示：表 2.2 因素水平表因素 CE Cu Cr Mo1 3.9 0.4 0.2 0.152 3.95 0.5 0.3 0.253 4.0 0.6 0.4 0.352.3 熔炼及浇注工艺流程熔炼在 GGW-0.012 中频感应熔炼炉中进行。先将生铁与废钢置于炉内进行升温、熔化，至 1300左右时加入其它合金，当升温至 14001450 左右出炉。孕育剂采用冲入法，即孕育剂埋入浇包底部凹坑内，用铁液冲溶吸收。故孕育处理也是非常重要的一个环节，作用主要有：1）消除结晶过冷倾向，减少自由渗碳体；2）提供足够的石墨晶核，增加共晶团数，使石墨呈细小均匀分布，提高力学性能；孕育剂采用 75 硅铁，一次孕育。在出炉前，加入孕育剂（其中， 14孕育剂的量为 0.5%、粒度为 58mm） 。浇注时，采用冲入法。浇铸过程操作人员要穿戴好防护服，防止灼伤。浇铸速度要迅速防止铁液在浇包内凝固。2.4 造型2.4.1 圆棒试样直径为 18mm 的圆棒状试样，如图 2.1 所示：（a）试样侧视图 （b）底箱浇道图 2.1 圆棒状试样该试样选取砂型，将石英沙、粘土、水按一定比例在混沙机中混合均匀，抗拉伸试样的砂型采用四箱造型，在箱底挖直浇道。2.5 试样的制备1、金相试样的制备：在阶梯试样的四个不同层截取矩型块。经过砂轮打磨平整后，试样逐一由粗砂纸，240#，600#，1000#，1500#磨过之后，再将试样在抛光机上进行抛光，为达到良好的抛光效果，抛光过程中使用粒度为 2.5 的研磨膏。试样抛好后，在光学显微镜下观察并照金相照片。再将试样在 4%的硝酸酒精中腐蚀 5 秒，在光学显微镜下观察基体组织并照金相照片。2、拉伸试样的制备：根据中华人民共和国航空工业标准 HB5143-96金属室温拉伸实验方法将浇注好的圆棒试样加工成如图 2.3 所示的拉伸试样：图2.3金属室温拉伸试样 152.6 力学性能的测定拉伸实验是在 WE10 万能电子实验仪上进行的，试验机拉伸速度为 10mm/min。硬度实验是在布氏硬度机上测试。在每一个试样上打上三个硬度点，最后取三个硬度的平均值。 163 实验结果及分析3.1 CE、Cu、Cr、Mo 对合金铸铁力学性能的影响表 3.1 合金元素对棒状试样硬度和拉伸强度的影响因素试样号 CE Cu Cr Mo 布氏硬度 抗拉强度1 3.9 0.4 0.2 0.15 213.6 279.62 3.9 0.5 0.3 0.25 239.6 308.33 3.9 0.6 0.4 0.35 226.6 290.04 3.95 0.6 0.4 0.15 223.7 275.45 3.95 0.4 0.3 0.25 226.5 283.46 3.95 0.5 0.2 0.35 218.8 260.07 4.0 0.5 0.3 0.15 206.5 210.08 4.0 0.6 0.2 0.25 202.5 222.59 4.0 0.4 0.4 0.35 211.5 202.7由表 3.1 数据分析做出棒状材料硬度的极差分析表表 3.2 硬度极差分析因素 CE Cu Cr Mo硬度K1 226.6 214.6 211.6 217.2硬度K2 223.0 222.8 225.0 221.6硬度K3 206.8 218.9 219.8 217.6硬度 R 19.8 8.2 13.4 4.4 17由表 3.2 硬度的极差分析可以知道 CE 是影响硬度的主要因素；影响的强弱依次顺序是 CECrCuMo。由表 3.1、表 3.2 绘制出因素指标图：图 3.1 各因素对硬度的影响曲线 由图 3.1 可以看出随着 CE 的增加硬度逐渐下降，随着 Cu、Cr、Mo 的含量上升硬度呈现倒“V” 。由表 3.1 数据分析做出棒状材料硬度的极差分析表： 表 3.3 强度极差分析因素 CE Cu Cr Mo强度K1 292.6 255.0 254.0 255.2强度K2 272.9 271.4 262.1 259.4强度K3 211.7 250.9 261.1 262.6强度 R 80.9 20.5 8.1 7.4由表 3.3 强度的极差分析可以知道 CE 是影响硬度的主要因素；影响的强弱依次顺序是 CECuCrMo。由表 3.1、3.3 绘制出因素指标图： 18图 3.2 各因素对抗拉强度度的影响曲线 由图 3.2 可以看出随着 CE 的增加抗拉强度逐渐下降，随着 Cu、Cr、Mo 的含量上升硬度呈现倒“V” 。通过上述分析，综合考虑合金综合力学性能，最终选取合金最优水平为：CE=3.9、Cu=0.5、Cr=0.3、Mo=0.35 ，预测该成分的硬度可以达到 240HB、抗拉强度 b280MPa。3.2 显微组织分析通过金相显微镜可以观察和研究材料中用宏观分析方法无法观察到的组织细节及缺陷，能直观地反映材料样品的微观组织形态（晶粒大小和形态、组织形貌等） 。本试验将试样经砂纸粗磨、细磨、抛光后用后用 4%硝酸酒精腐蚀，采用 NIKON 300 型金相显微镜合金金相显微组织。通过金相显微照片，观察铸态和热处理态组织组成。3.2.1 CE 对合金铸铁组织性能的影响（a）CE=3.9、Cr=0.3、Cu=0.5、Mo=0.35 的合金铸铁 未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀 19（b）CE=3.95 、Cr=0.3、Cu=0.5 、Mo=0.35 的合金铸铁 未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀（c）CE=4.0、Cr=0.3、Cu=0.5、Mo=0.35 的合金铸铁 未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀由晶相图可以看出随着 CE 的升高组织中的石墨细化，割裂基体的作用明显。而且石墨的等级也由级别 1 变成了级别 4。因此石墨割裂基体的作用也有所减缓。力学性能应当有所上升。3.2.2 Mo 对合金铸铁力学性能的影响由因素指标图可以看出，随着 Mo 含量的升高，石墨细化、基体中珠光体细化。使得材料的力学性能上升。（a）CE=3.9、Cr=0.2、Cu=0.4、Mo=0.15 的合金铸铁 未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀 20未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀 由晶相图可以看出随着 Mo 的升高组织中的石墨级别升高，渐渐变小变细，组织中珠光体变细。3.2.3 Cu 对合金铸铁力学性能的影响由因素指标图可以看出，随着 Cu 含量的升高，有较弱的促进石墨细化、基体中珠光体细化并且有所增加。使得材料的力学性能上升。（a）CE=3.9、Cr=0.2、Cu=0.4、Mo=0.15 的合金铸铁 未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀 （b）CE=3.9 、Cr=0.2 、Cu=0.4、Mo=0.25 的合金铸铁未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀（c）CE=3.9、Cr=0.2、Cu=0.4、Mo=0.35 的合金铸铁 21由晶相图可以看出随着 Cu 的升高组织中的石墨渐渐变小但不太明显，组织中珠光体变细，含量增加。铜可细化并增加珠光体。有细化石墨的作用。 3.2.4 Cr 对合金铸铁力学性能的影响由因素指标图可以看出，随着 Cr 含量的升高，石墨化逐渐下降、基体中出现一定量的碳化物。（a）CE=3.9、Cr=0.2、Cu=0.4、Mo=0.15 的合金铸铁未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀 （b）CE=3.9 、Cr=0.2 、Cu=0.5 、Mo=0.15 的合金铸铁 未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀（c）CE=3.9、Cr=0.3、Cu=0.6、Mo=0.15 的合金铸铁未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀 22（b）CE=3.9 、Cr=0.3 、Cu=0.4、Mo=0.15 的合金铸铁未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀（c）CE=3.9、Cr=0.4、Cu=0.4、Mo=0.15 的合金铸铁未腐蚀 4%硝酸酒精腐蚀由晶相图可以看出随着 Cr 的升高组织中的石墨渐渐变小，组织中珠光体量较稳定，并且基体中晶界出现少量亮白点的碳化物，使得材料的耐磨性上升。但 Cr 是强碳化物形成元素，形成的铬合金碳化物分布在晶间，会影响切削性能，降低伸长率和冲击值。Cr 应控制在标准下限。 234 结论（1）正交试验分析表明，CE、Cu、Cr、Mo，四种因素对合金铸铁力学性能影响规律为 CE、Cu 是影响合金铸铁力学性能的主要影响因素，主要影响了石墨的大小形态和珠光体的量以及片层间距。Cr 对合金铸铁的强度硬度影响不大，但是能形成一定量的碳化物提高了合金铸铁的耐磨性和稳定珠光体的含量。Mo 对合金铸铁的影响不明显，但是有一定的细化石墨和珠光体的作用。（2）通过实验确定了一组最优的合金成分：CE=3.9、Cu=0.5、Cr=0.3、Mo=0.35。预计其性能达到： b=280MPa；硬
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