合金元素對(duì)復(fù)相球墨鑄鐵磨球組織和性能的影響

摘要：根據(jù)不同合金元素對(duì)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(shí)達(dá)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(xiàn)一峰值，Si/Mn在1.2-1.5時(shí)，硬度值為50HRC以上，在Si/Mn大于1.5時(shí)，隨Si/Mn的增大而降低。

關(guān)鍵詞：硅錳比 球墨鑄鐵磨球

1.前言

正確分析合金元素對(duì)球墨鑄鐵磨球組織和性能的影響，對(duì)我們確定化學(xué)成分合理匹配，優(yōu)化各項(xiàng)性能最佳值及決策磨球最合理生產(chǎn)方案都具非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，現(xiàn)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(tài)試樣硬度的變化規(guī)律。隨著錳量的增多，首先表現(xiàn)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(dāng)錳量繼續(xù)增加時(shí)，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(dāng)錳進(jìn)一步提高時(shí)，形成部分碳化物，使硬度又有所回升，出現(xiàn)第二個(gè)峰。錳量再提高，對(duì)奧氏體的穩(wěn)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(dāng)適當(dāng)控制化學(xué)成分時(shí)，以抑制由于錳高而形成的碳化物。如當(dāng)硅含量為3.1%時(shí)，硬度值則表現(xiàn)出圖2中曲線2所示規(guī)律，此時(shí)沒(méi)有第二峰的出現(xiàn)。這是由于硅含量較高，抑制了碳化物的形成。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dá)到飽和。也就是說(shuō)，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(shí)，還使奧氏體量不斷增加。

2.2.硅的影響：硅對(duì)錳的碳化物的形成有較好的抑制作用。在硅含量為2.8%時(shí)，錳在2.0%時(shí)即出現(xiàn)了碳化物；當(dāng)硅含量為3.1%時(shí)，錳在3.0%時(shí)才有極少量碳化物出現(xiàn)；當(dāng)硅提高到3.4%時(shí)，錳在3.5%以上才有部分碳化物析出。硅對(duì)碳化物的抑制作用可以歸結(jié)為：在貝氏體型鐵素體析出時(shí)，使其周圍的奧氏體富碳，增加了奧氏體的穩(wěn)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(shì)，使錳大都溶于奧氏體和鐵素體中。但硅含量過(guò)高，特別是在磷高的條件下，使固溶的磷量降低，導(dǎo)致磷共晶數(shù)量增多，從而降低材質(zhì)的韌度。在所實(shí)驗(yàn)成分范圍內(nèi)，當(dāng)硅低于3.1%時(shí)，硅的增加使奧氏體的含量增加，但當(dāng)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(yīng)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(nèi)。這一微量的硼對(duì)淬透性的作用大約相當(dāng)于0.3%的鉻或0.2%的鉬。可見(jiàn)，采用硼提高磨球的淬透性是十分經(jīng)濟(jì)的。

對(duì)于硼提高淬透性可以解釋為：以原子狀態(tài)溶解于奧氏體中的硼，具有優(yōu)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?yàn)榕鹬饕歉淖兙Ы绲奶匦裕虼藢?duì)已形成的鐵素體晶粒的長(zhǎng)大速率沒(méi)有影響。根據(jù)鐵—硼狀態(tài)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(guò)量的硼將在鋼中以Fe2B的形態(tài)存在，它不能提高淬透性并強(qiáng)烈地影響材質(zhì)的韌性。因此只有固溶狀態(tài)的硼才能提高淬透性。

2.4.力學(xué)性能分析。圖2為3.0%Si時(shí)錳對(duì)力學(xué)性能的影響。抗拉強(qiáng)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(dāng)錳含量在1.5%-2.5%區(qū)間時(shí)，強(qiáng)度值最大（1000MPa以上）。沖擊韌度隨錳增加而呈下降趨勢(shì)；在錳為2.0%-3.0%時(shí)，變化較平緩，或略有提高。硬度值也是在錳為2.0%-3.0%時(shí)取得最大值。

硅對(duì)力學(xué)性能的影響表現(xiàn)為：硅由3.0%增至3.3%時(shí)，對(duì)抗拉強(qiáng)度、硬度變化規(guī)律的影響不大，但沖擊值變化趨勢(shì)改變，在含錳量為1.5%-2.0%之間出現(xiàn)一峰值，并且在錳為1.5%-2.5%時(shí)，沖擊值都在14.7J/cm2以上，硬度在50HRC左右。當(dāng)硅為3.6%時(shí)，抗拉強(qiáng)度相對(duì)增加，并且隨錳含量的增加變化強(qiáng)烈，強(qiáng)度降低很快，沖擊韌度則都在很低的水平，變化趨勢(shì)平緩。

抗拉強(qiáng)度隨Si/Mn比的增加而增大，在Si/Mn為1.6-1.8時(shí)達(dá)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(xiàn)一峰值，Si/Mn在1.2-1.5時(shí)，硬度值為50HRC以上，在Si/Mn大于1.5時(shí)，隨Si/Mn的增大而降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 金屬學(xué)及熱處理.科學(xué)出版社.1981 ·P

[2] 新型耐磨球墨鑄鐵的研究.機(jī)械工程學(xué)報(bào) .魏秉慶 V01·27·No.6