如何稳定灰铸铁中的珠光体组织_续完_

美国灰铸铁研究委员会 AFC 灰铸铁部

　国外科技　　　　　　　　　　铁道机车车辆工人　第7期2001年7月　

如何稳定灰铸铁中的珠光体组织(续完)

[美国]灰铸铁研究委员会AFS灰铸铁部

灰铸铁中的锑

铸铁中的锑既有效又价廉,作用与锡元素相似,但是根据基体的不同,加量锡的2～4倍。、D或E类石墨片时,。锑也可用来阻,认为,锑的作用不定,,。

年起Pelleg参与了在35B类铸铁中加入0.005%～1%锑的课题,该铸铁除了在铸件表面形成一些铁素体外,其基体几乎完全为珠光体。随着锑含量的增加,铸铁的硬度也不断增加,并伴随着抗拉强度、横向强度和挠度的减少,以及强度/硬度比的减小。Pelleg的结论是“:由于锑对机械性能的有害影响,添加锑的铸铁难以获得实际应用”。在Pelleg的研究工作中,锑的利用率只有40%,这使得人们对研究报告中锑含量的精度提出了怀疑。

与上述结论不同,Klaban的研究工作表明:对于基体组织不全是珠光体的铸铁而言,含量在0.03%～0.06%的范围内的锑能同时增加铸铁的硬度和抗拉强度。但是,当锑含量超过0.16%时上述规律失效。Klaban确实注意到并赞同Pelleg的观点,锑的添加量超过0.03%～0.06%需要保证是全珠光体组织,而抗拉强度不会增加还有可能减少,他认为锑的最大含量为0.1%。高锑含量产生的硬化效果是由于在共晶晶界处形成了富锑化合物的析出相。

Klaban的研究工作还表明:在铸铁中加入锑无疑将阻碍铁素体的析出,这与抑制过冷石墨的形成有关,铸铁中加入锡元素的作用正好与锑相反。Klaban还观察到:锑能部分地抑制过冷石墨(类型B、D和E),但能促进A形石墨片的形成。

与锡的作用相似,添加锑元素会提高材料的硬度,但同时将降低材料的冲击强度。因此,锑的加入量不应超过保证获得完全珠光体基体所需的数量,只有在获得100%珠光体基体是极端重要的特殊应用场合,才能进一步—26—

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　国外科技　　　　　　　　　　铁道机车车辆工人　第7期2001年7月　增加锑的添加量。

锑加入铸铁内的作用主要取决于铸铁的类型。当铸铁基体中包含铁素体时,加入锑元素能同时提高铸铁的硬度和抗拉强度;当铸铁基体完全为珠光体时,锑元素在提高硬度的同时可能不影响、强度/硬度比。

一般来说,0.06%。融铁水中的利用率为90～%40%,在电%,精确分析,这种方法既耗时又费钱。试图利用锑元素。与成分分析相关的问题是合金元素加入铸铁内的利用率。也就是说,不能精确地分析锑元素的含量,又怎能可靠地计算其利用率呢?

也许更为重要的是,许多铸造人员已懂得把该知识应用到实践中去,通常加入0.02%～0.06%的锑,以有效地利用它来使重要的铸件获得完全的珠光体基体组织。为了减少和防止某些灰铸铁的表面形成铁素体,还可使用含锑的涂芯型浆和铸模涂料。对于不同类型的铸件,最佳的锑元素加入量要由完善的试验来确定,这些试验包括可靠的硬度和强度试验、严格的金相试验,并跟踪铸件的整个加工过程。

当铸件的关键部位残留有少量的铁素体,特别是当加入其它更常用的合金元素,如铜、铬和锡仍不能消除铁素体的场合,锑元素就显得特别有用了。当铸件中的硅含量偏高时(当然,尽可能不让这种情况出现),在改善铸件性能方面加入锑似乎比其它元素效果更好。根据具体铸件的不同要求,可单独加入锑元素或与其它元素一起加入。

)使用的灰铸铁,与加入其它元素或包括锡在对于高温下(高达704℃

内的复合元素相比,加入0.03%～0.08%的锑可大大提高铸件组织和尺寸的稳定性。在稳定性要求比冲击性能要求更高的特殊场合下,允许在铸铁中加入更多的锑元素。因为添加锑元素所生成的珠光体特别稳定,在高温下也很难分解。

但是我们不赞成不加区别地滥用该合金元素,因为这会导致铸件的硬度过高、强度降低并产生切削加工问题。

关于在铁水中加入锑元素可能引起环境保护方面的问题,我们强烈建

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　国外科技　　　　　　　　　　铁道机车车辆工人　第7期2001年7月　议要研究MSDS的资料,并与工厂的安全人员及供应商进行讨论。然而一些在铸件生产过程中对锑元素标准添加工艺进行检测的人员则认为,不存在污染环境的问题。

灰铸铁中的铜元素

据说在灰铸铁中添加铜能产生多种作用:墨化倾向(相当于硅元素作用的0.2%)、定珠光体。用,铁素体+,、抗拉强度的增加比,增加最多。由于铜有增加石墨化的倾。这种作用对于,同时它还能防止铸件大截面处析出铁素体,从而使具有不同截面尺寸的铸件通过铜获得更均匀的显微组织。

添加铜元素能改善铸件的切削加工性能,部分原因很可能是铜促使铸件组织更均匀。在典型的灰铸铁化学成分下,铜在铸铁中的最大溶解度为315%,但是没有研究者会添加如此高的铜含量。通常采用的含量在1%～2%的范围内,便能使铸件性能获得改善。有一位研究人员指出,铜含量超过014%后不会进一步改善铸件的性能,但是不可否认的是,他所指的铸件已经具有完全的珠光体基体了。这位研究者还表示铜元素几乎没有减少铸件白口层的作用。

另一位研究者在其著作中表示:1%铜的作用相当于0.1%锡(锡的最大加入量通常为0.1%)。许多研究人员主张把铜和锡、铬、钼、镍、钒等元素组合成添加剂加入铸件,这样产生的各种合金元素的综合作用要优于各元素单独作用的叠加。研究人员还指出,一种元素(如铜元素)的正面影响可用来抵消另一种元素(如铬)的负面影响(如碳化物形成)。铜在铸铁中的其它作用包括细化石墨和提高材料的耐蚀性。

灰铸铁中的铌

由于再生金属和废料市场上低合金高强度钢(HSLA)数量的激增,人们在冶金学上对铌元素作用的普遍兴趣与日俱增。HSLA钢是铸件铁水中铌的最可能的来源,因为汽车外壳、结构型材、钢轨、铁路罐车、冷轧带钢、海上平台、油气管道及船舶制造的钢材都开始采用这种添加铌元素的HSLA钢。铌的原子序数为41,在元素周期表中,它属于Va系的过渡族元素。由于钒也是属于Va系,因此可假定它们在灰铸铁内的作用也应相似。现有—28—

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　国外科技　　　　　　　　　　铁道机车车辆工人　第7期2001年7月　文献对铌的描述充满了矛盾,但是对铌在灰铸铁中作用,大家对以下4条看法普遍一致:

☆铌在铁水中不会熔化[铌铁合金(FeNi)的熔点为1627℃]。只有在很高的温度下经过很长的时间,才有可能熔化。

☆铌(质量百分比在0.3%以内)能减小晶粒尺寸及相应的石墨片的大小(0.围内)。

☆铌能减少过冷,。☆。

。这种稳定的机理是锡在共析反应中。为了使灰铸铁具有稳定的珠光体,建议的锡元素添加量为0.02%～0.1%。添加锡的结果是灰铸铁的抗拉强度随锡元素添加量的增加而提高。这是由于基体中的铁素体数量不断减少造成的。因此,随着锡含量的增加,基体中珠光体含量和抗拉强度都会随之增加。有3位研究人员指出:当锡含量超过0.1%,铸铁的脆性就会增加。而另一位学者认为:在锡含量达到0.14%前,灰铸铁的机械性能一直随锡含量的增加而得到改善。但是他也指出:对于球墨铸铁,锡含量的限度为0.1%,小于该限度,抗拉强度随含锡量的增加而提高,超过该限度,继续增加含锡量会降低抗拉强度。还有一位学者认为:锡对灰铸铁的机械性能有不利的影响。

(续完)

译自美刊《ModernCasting》2000,№11,40～43　

潘琴华译　孙国平校

收稿日期:2001-05-07

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