厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵黑斑缺陷的控制技術(shù).pdf

1、40多年來(lái)，厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵心部的黑斑缺陷一直困擾著國(guó)內(nèi)外科研工作者們。心部黑斑是厚大斷面球鐵中最典型的缺陷，是由于石墨畸變成碎塊狀石墨在宏觀(guān)上的表現(xiàn)，對(duì)鑄件的性能有惡化作用。為了消除厚大斷面球鐵件中碎塊狀石墨，改善力學(xué)性能，鑄造廠(chǎng)家們采用了熱處理和添加合金化元素(Cu、Sb)等方法，并取得了較好的成效，但是制造成本較高。為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在鑄態(tài)下獲得性能優(yōu)異的厚大斷面球鐵件是首選。
　　本論文的主要內(nèi)容為研究微量元素Bi

2、對(duì)厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵石墨形態(tài)和力學(xué)性能的影響；分析不同的殘余稀土含量對(duì)厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵組織和性能的影響；討論重輕混合稀土鎂球化劑對(duì)厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵的影響；采用多功能溫度采集儀，分析厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵的共晶凝固冷卻特性曲線(xiàn)，研究球鐵凝固過(guò)程；利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDX)，研究拉伸斷口形貌，從微觀(guān)上分析球鐵中石墨球的形態(tài)，異質(zhì)核心及晶界偏析物的微量元素分布。研究結(jié)論如下：
　　(1)尺寸為1

3、80 mm×180 mm×200 mm試樣中，添加0.012wt％Bi可以消除碎塊狀石墨；試樣尺寸為250 mm×250 mm×300 mm時(shí)，加Bi只能在一定程度上抑制碎塊狀石墨產(chǎn)生。隨著B(niǎo)i加入量的增加，其抑制作用呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。當(dāng)Bi加入量為0.010wt％～0.012wt％時(shí)，其抗拉強(qiáng)度達(dá)337MPa，伸長(zhǎng)率為10.4％，-40℃低溫沖擊功可達(dá)到10.5J，綜合性能得到較大改善。適當(dāng)降低殘余稀土量，即調(diào)整RE/Bi加=1.

4、3～1.5，可以進(jìn)一步抑制碎塊狀石墨和改善綜合力學(xué)性能。說(shuō)明添加微量Bi工藝是一項(xiàng)有效的黑斑缺陷控制技術(shù)。另外，添加微量Bi可以抑制球墨鑄鐵組織中珠光體的產(chǎn)生，其試樣的拉伸斷口屬于韌性斷裂，存在大量的等軸韌窩。球墨異質(zhì)形核核心主要由CeBi和LaBi等高熔點(diǎn)金屬間化合物以及Mg的氧或硫化物組成。
　　(2)采用重輕混合稀土鎂球化劑工藝是一項(xiàng)效果明顯的黑斑缺陷控制技術(shù)。當(dāng)采用相同的重輕稀土球化劑混合比例時(shí)，天和D-2重稀土球化劑對(duì)碎

5、塊狀石墨的抑制作用要明顯優(yōu)于龍南DY-2重稀土球化劑。當(dāng)采用同種重稀土球化劑配制混合球化劑時(shí)，重、輕稀土球化劑混合比例為4:6時(shí)鑄件的組織和性能要明顯優(yōu)于比例為3:7的。說(shuō)明重輕混合球化劑對(duì)碎塊狀石墨的抑制作用會(huì)隨著重稀土球化劑比例的增加而增強(qiáng)。球鐵晶界偏析產(chǎn)物可能為磷共晶、Mg的化合物和稀土高熔點(diǎn)化合物的混合物。
　　(3)隨著球鐵試樣的壁厚從70 mm增加到250 mm，結(jié)晶溫度區(qū)間從32.1℃增大到59.8℃，結(jié)晶冷速?gòu)?.

6、74℃/min減小為0.59℃/min，凝固時(shí)間從11.7min延長(zhǎng)為101.1min，會(huì)導(dǎo)球化級(jí)別從2級(jí)降為3-4級(jí)，石墨球大小從6級(jí)升為5級(jí)，球數(shù)減小，共晶團(tuán)晶粒少而粗大，石墨形態(tài)畸變，綜合力學(xué)性能都逐漸下降，出現(xiàn)碎塊狀石墨后力學(xué)性能驟然下降。當(dāng)試樣壁厚在180 mm以下，結(jié)晶時(shí)間小于48.2min時(shí)，石墨以球形析出并長(zhǎng)大，力學(xué)性能良好。之后隨壁厚增加，石墨畸變可能性增加。另外，壁厚為70 mm試樣的凝固冷卻曲線(xiàn)上出現(xiàn)明顯的再輝現(xiàn)象