合金元素對復相球墨鑄鐵磨球組織和性能的影響

摘要：根據不同合金元素對球墨鑄鐵磨球組織和性能的影響，將硅和錳的合理搭配，在Si/Mn為1.6-1.8時達最大值，且都在1000MPa以上，之后隨Si/Mn比的增加而下降。沖擊值都在13.7J/cm2以上。硬度值隨Si/Mn比變化同樣出現一峰值，Si/Mn在1.2-1.5時，硬度值為50HRC以上，在Si/Mn大于1.5時，隨Si/Mn的增大而降低。

關鍵詞：硅錳比 球墨鑄鐵磨球

1.前言

正確分析合金元素對球墨鑄鐵磨球組織和性能的影響，對我們確定化學成分合理匹配，優化各項性能最佳值及決策磨球最合理生產方案都具非常重要的現實意義，現將各元素的作用分別介紹如下，供磨球研究同行參考。

2.各元素的影響

2.1.錳的影響：圖1中曲線1為隨錳含量變化，鑄態試樣硬度的變化規律。隨著錳量的增多，首先表現為硬度的提高，這是由于錳使鐵素體和珠光體的含量減少，而貝氏體量增加所致。當錳量繼續增加時，奧氏體和馬氏體逐漸增加，由于奧氏體的增加硬度有所下降。但當錳進一步提高時，形成部分碳化物，使硬度又有所回升，出現第二個峰。錳量再提高，對奧氏體的穩定性起主要作用，錳大部分溶于奧氏體中，小部分形成碳化物。這樣，奧氏體的含量增多，硬度值也隨之下降。當適當控制化學成分時，以抑制由于錳高而形成的碳化物。如當硅含量為3.1%時，硬度值則表現出圖2中曲線2所示規律，此時沒有第二峰的出現。這是由于硅含量較高，抑制了碳化物的形成。實驗結果表明，隨錳含量的增加，奧氏體含量不斷增加。錳雖然有形成碳化物的可能性，但卻不能在奧氏體中達到飽和。也就是說，隨著錳含量的提高，錳在奧氏體中的溶解量也是增加的，即錳在形成碳化物的同時，還使奧氏體量不斷增加。

2.2.硅的影響：硅對錳的碳化物的形成有較好的抑制作用。在硅含量為2.8%時，錳在2.0%時即出現了碳化物；當硅含量為3.1%時，錳在3.0%時才有極少量碳化物出現；當硅提高到3.4%時，錳在3.5%以上才有部分碳化物析出。硅對碳化物的抑制作用可以歸結為：在貝氏體型鐵素體析出時，使其周圍的奧氏體富碳，增加了奧氏體的穩定性，又減少了碳與錳形成化合物，從而使錳減少了形成碳化物的趨勢，使錳大都溶于奧氏體和鐵素體中。但硅含量過高，特別是在磷高的條件下，使固溶的磷量降低，導致磷共晶數量增多，從而降低材質的韌度。在所實驗成分范圍內，當硅低于3.1%時，硅的增加使奧氏體的含量增加，但當硅高于3.1%隨硅的增加，奧氏體含量降低。因此，在能抑制錳形成碳化物的情況下，硅應盡可能低些。

2.3.合金元素硼的作用：硼在基體中組織中的作用是提高淬透性，微量的硼（0.0007%）就可以使基體的淬透性有明顯的提高。但是硼量增加到0.001%以上，淬透性就不再提高了。因此，硼只能微量地加入，在考慮燒損的情況下，硼的加入量控制在0.01-0.02%的范圍內。這一微量的硼對淬透性的作用大約相當于0.3%的鉻或0.2%的鉬。可見，采用硼提高磨球的淬透性是十分經濟的。

對于硼提高淬透性可以解釋為：以原子狀態溶解于奧氏體中的硼，具有優先分布在晶界上的傾向，它降低了晶界的能量并抑制鐵素體及上貝氏體在晶界上成核，因此，奧氏體的分解速度減慢，從而提高了淬透性。因為硼主要是改變晶界的特性，因此對已形成的鐵素體晶粒的長大速率沒有影響。根據鐵—硼狀態圖[1]。硼在基體中的溶解度是十分有限的，于910℃硼在奧氏體中的最大溶解度為0.0021%而在鐵素體中為0.0018%。過量的硼將在鋼中以Fe2B的形態存在，它不能提高淬透性并強烈地影響材質的韌性。因此只有固溶狀態的硼才能提高淬透性。

2.4.力學性能分析。圖2為3.0%Si時錳對力學性能的影響。抗拉強度隨錳含量的增加，先增大而后下降，特別在錳大于2.5%以后，下降幅度較大，當錳含量在1.5%-2.5%區間時，強度值最大（1000MPa以上）。沖擊韌度隨錳增加而呈下降趨勢；在錳為2.0%-3.0%時，變化較平緩，或略有提高。硬度值也是在錳為2.0%-3.0%時取得最大值。

硅對力學性能的影響表現為：硅由3.0%增至3.3%時，對抗拉強度、硬度變化規律的影響不大，但沖擊值變化趨勢改變，在含錳量為1.5%-2.0%之間出現一峰值，并且在錳為1.5%-2.5%時，沖擊值都在14.7J/cm2以上，硬度在50HRC左右。當硅為3.6%時，抗拉強度相對增加，并且隨錳含量的增加變化強烈，強度降低很快，沖擊韌度則都在很低的水平，變化趨勢平緩。

抗拉強度隨Si/Mn比的增加而增大，在Si/Mn為1.6-1.8時達最大值，且都在1000MPa以上，之后隨Si/Mn比的增加而下降。沖擊值都在13.7J/cm2以上。硬度值隨Si/Mn比變化同樣出現一峰值，Si/Mn在1.2-1.5時，硬度值為50HRC以上，在Si/Mn大于1.5時，隨Si/Mn的增大而降低。

參考文獻

[1] 金屬學及熱處理.科學出版社.1981 ·P

[2] 新型耐磨球墨鑄鐵的研究.機械工程學報 .魏秉慶 V01·27·No.6