硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵組織及性能研究.pdf

1、硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵是利用硅元素的石墨化、鐵素體化及固溶強化作用所制備的全鐵素體鑄態球墨鑄鐵。其基體組織為高固溶態鐵素體，綜合力學性能好、屈強比高，可實現球墨鑄鐵件的輕量化；硬度均勻，機加工性能優異；無需熱處理，降低了能耗及生產成本。
　　本論文在保持共晶碳當量的前提下，通過調節硅、碳含量設計化學成分，采用合成鑄鐵工藝制備硅固溶強化鑄態鐵素體球墨鑄鐵，使用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、布氏硬度計、X射線衍射儀等儀器對其組織、力學

2、性能、耐腐蝕性能及抗氧化性能的變化規律進行了研究，并分析了其變化機理。
　　研究結果表明：硅含量為3.73~4.48wt.％時，硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵的基體組織為純鐵素體，硅元素在基體組織中均勻分布。且隨著硅含量的增加，鐵素體晶粒尺寸逐漸減小。硅含量為3.60~4.48wt.%時，硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵球化等級為2~3級，石墨尺寸為6級。隨著硅含量的增加，石墨數量基本保持不變，尺寸有所減小。
　　隨著硅含量的增加，硅固溶

3、強化鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度及布氏硬度逐漸增大，常溫沖擊功逐漸降低，韌脆轉變溫度逐漸提高。其抗拉強度為571.0MPa~684.3MPa，屈服強度為442.6MPa~577.6MPa，布氏硬度為190HBW~232HBW，且布氏硬度隨鑄件壁厚的增加波動較小，僅為10HBW。隨著硅含量的增加，伸長率呈現先升高后降低的趨勢，硅含量為3.93wt.%時最高，為23.2%。
　　硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵的耐腐蝕性能隨著硅含量的增

4、加逐漸增強，硅含量為3.60wt.%時，腐蝕速率為0.0232g·m-2·h-1，耐腐蝕性約為混合基體球墨鑄鐵的2倍；硅含量為4.48wt.%時，腐蝕速率為0.0033g·m-2·h-1，耐腐蝕性約為混合基體球墨鑄鐵的13.4倍。
　　硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵的氧化速率隨著硅含量的增加逐漸降低，抗氧化性能逐漸增強。硅含量為3.60wt.%時，氧化速率為0.330g·m-2·h-1；硅含量為4.48wt.%時，氧化速率為0.188g

5、·m-2·h-1，抗氧化性能為混合基體球墨鑄鐵的9.22倍。
　　綜上所述，硅含量在3.73wt.%~4.25wt.%時，硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵的基體組織為單一鐵素體，石墨球化等級為2~3級，尺寸為6級，抗拉強度、屈服強度、伸長率可分別達到571.7MPa~632.7MPa、457.0MPa~532.7MPa和18.2%~23.2%，綜合力學性能較好，硬度分布均勻，加工性能好，且抗氧化性能及耐腐蝕性能均較混合基體球墨鑄鐵顯著提高