錳及其合金元素對(duì)球鐵性能的影響

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1、錳及其合金元素對(duì)球鐵性能的影響錳對(duì)球鐵性能的影響鐵水經(jīng)球化處理后。球鐵中的錳能穩(wěn)定和細(xì)化珠光體。錳溶于鐵素體中可以提高強(qiáng)度、硬度。錳是較弱的碳化物穩(wěn)定元素，錳溶人Fe3C形成的(Fe，Mn)3C隨錳量變化而改變分布形態(tài)。錳量低時(shí)，滲碳體在晶界上以孤立狀態(tài)分布，錳量增加時(shí)逐漸形成網(wǎng)狀，使球墨鑄鐵的塑性、韌性下降。為獲得高強(qiáng)度、高塑性的鑄態(tài)珠光體球鐵，試驗(yàn)研究了錳對(duì)球鐵性能的影響，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的曲線如圖l。由圖1可知，隨著錳含量的增加。組織中珠光體量增加，抗拉強(qiáng)度、硬度增加，但伸長(zhǎng)率下降。還可看出，錳的影響作

2、用是變化的．存在一個(gè)錳含量臨界區(qū)間(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約0．8％～O．9％)，在這個(gè)臨界區(qū)間之內(nèi)，錳對(duì)球鐵的影響比較顯著，在這個(gè)臨界區(qū)間之外，影響較為平緩。因此，要獲得高塑性，錳含量應(yīng)小于臨界區(qū)間；要得到高強(qiáng)度，錳含量應(yīng)大于臨界區(qū)間。錳含量影響性能的原因是錳含量低時(shí)，錳溶于鐵素體起固溶強(qiáng)化作用，錳含量高時(shí)，錳還取代鐵或與鐵、碳形成合金滲碳體(Fe,Mn)3C。這種合金滲碳體以珠光體形式出現(xiàn)，則有利于珠光體形成并細(xì)化珠光體，明顯提高強(qiáng)度、硬度，并降低塑性。而在珠光體量足夠高時(shí)(約80％)錳促進(jìn)和細(xì)化珠光體作用減弱，性能

3、變化不大。錳銅對(duì)球鐵性能的影響錳促進(jìn)和細(xì)化珠光體。但由于錳的偏析，因而用錳合金化來(lái)獲得全部珠光體組織會(huì)帶來(lái)一些缺陷，因而采用不同的錳量和銅量來(lái)配合，獲得不同的球鐵性能。在球鐵中最常用的合金元素是銅，銅是中等促進(jìn)石墨元素，它能穩(wěn)定奧氏體，提高奧氏體殼的穩(wěn)定性，有利于得到圓整石墨。在共析轉(zhuǎn)變時(shí)，銅顯著細(xì)化和穩(wěn)定珠光體，其促進(jìn)珠光體的能力為錳的3倍。所以隨著銅的增加，球鐵中的石墨較為圓整。由圖2可知，在錳含量一定時(shí)，隨著銅含量增加，球墨鑄鐵的強(qiáng)度增加，伸長(zhǎng)率下降；錳含量低時(shí)曲線斜率大，錳含量高時(shí)曲線斜率小，這意味

4、著銅加入量少時(shí)影響較大。錳含量低時(shí)，曲線的斜率較大，變化速度快，說(shuō)明銅形成和細(xì)化珠光體的能力強(qiáng)；錳含量高時(shí)，曲線的斜率小，變化速度慢，銅的作用減弱。銅促進(jìn)和細(xì)化珠光體的能力與錳量有關(guān)，隨錳量的增加而減弱，因此銅錳需要合適的配比。從圖2可知，當(dāng)錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．50％，銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.88％時(shí)較適宜，其抗拉強(qiáng)度為790MPa。伸長(zhǎng)率為4．6％。錳銻合金對(duì)球鐵性能的影響Sb在共析轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)阻止鐵素體從奧氏體中析出，促進(jìn)珠光體組織轉(zhuǎn)變，并穩(wěn)定珠光體。微量Sb與Mn復(fù)合添加可改善鑄態(tài)強(qiáng)度，但銻有干擾石墨球化的作用。當(dāng)銻

5、質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.01％時(shí)明顯使石墨形狀變壞，故對(duì)球鐵的含銻量要嚴(yán)格控制。Sb能顯著地促進(jìn)珠光體形成，這是鑄態(tài)球鐵強(qiáng)度提高的重要原因。在704～583℃形成珠光體的溫度范圍內(nèi)，Sb元素在凝固時(shí)被吸附在石墨與金屬的相界面上，如同隔膜形成障礙層。對(duì)碳原子穿過(guò)晶界向石墨晶體擴(kuò)散產(chǎn)生阻礙作用，因而使石墨球徑變小，珠光體數(shù)量增加。試驗(yàn)表明在不加入其他合金元素時(shí)，利用Sb促進(jìn)珠光體的作用，鑄態(tài)下可獲得QT700-3牌號(hào)的高強(qiáng)度球墨鑄鐵。結(jié)論(1)球墨鑄鐵中加少量銅、銻能顯著增加珠光體數(shù)量，促進(jìn)石墨化、細(xì)化共晶團(tuán)，增加石墨

6、球數(shù)量，提高球鐵的強(qiáng)度、硬度。(2)錳對(duì)力學(xué)性能的影響存在一個(gè)臨界區(qū)間(Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)O．8％-0．9％)，低于該區(qū)間，球鐵的塑性較高，延伸率可達(dá)15．8％。(3)球鐵加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．58％～0．60％Mn，0．80％Cu，可以獲得高強(qiáng)度高塑性，鑄態(tài)時(shí)抗拉強(qiáng)度達(dá)到795～830MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)5．5％～6．6％。硬度可達(dá)270～283HB。（4）銻在球鐵中能夠顯著地促進(jìn)珠光體形成。在鑄態(tài)高強(qiáng)度球鐵生產(chǎn)中其合適質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為O．05％。在生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵時(shí)，可用微量銻代替銅，在經(jīng)濟(jì)上更為合理。