铜-钛合金化球墨铸铁的研究与应用刘宏%(山东轻工业学院机电工程系山东济南250100)郭荣新(淄博市新材料研究所山东淄博255040)摘要在球铁中添加Cu~Ti元素,以改善球墨铸铁的铸态组织0对所获得的铸态珠光体组织进行了探讨0结果表明,合金元素在球铁中的强化作用,可使球铁的强韧性大幅度提高,从而扩大了球铁的工业应用0主题词铜-钛球墨铸铁强韧性Research and Application on Cu-Ti Alloying Ductile IronLiu Hong(ShandOng Institute Of Light Industry Jinan ShandOng250100)Guo Rongxin(ZibO Institute Of New Material ZibO ShandOng255040)Abstract The paper,starting with imprOving the casting state micrOstructures Of ductile irOn,makes an apprOach tO gaining the pearlite/s structures Of the casting state fOr additiOin Of Cu and Ti elements in ductile irOn. The research result indicates that the strenthening effect Of allOy elements in ductile irOn can greatly increase the strenth and tOughness Of ductile irOn,thus will widen the industrial applicatiOn Of ductile irOn.1引言随着机械制造业的不断发展,球墨铸铁作为结构材料应用越来越广泛,因此应进一步提高球墨铸铁的强韧性,以扩大其应用0提高球墨铸铁的强韧性一般有两种途径:一种是改善铸态基体组织,另一种则是采用恰当的热处理方法,消除或降低球状石墨对球铁强韧性的弱化作用,从而达到强化之目的0我们利用合金化获得了铸态珠光体球铁,取得了一些进展0其中铜能有效地稳定珠光体而又不促进碳化物的形成,且允许的含量范围较宽,生产中易于控制;而球铁中含有微量的钛能抵消S~N~O等元素的有害作用,促进和细化石墨,细化晶粒,降低脆性0因此利用铜来提高铸态珠光体量从而提高球铁强度,再添加适量钛来改善其韧性,就能获得高强韧性的铸态珠光体球铁02试验条件和方法2.1试验设备用150kg酸性中频感应电炉进行熔炼;用WE-60液压试验机进行拉伸试验;用J8-30型试验机进行冲击试验;用布氏硬度计检测硬度;用XJG-04光学显微镜观察铸态组织02.2试验方法%女41岁高级工程师学士1999-09-29收到初稿2000-03-16收到修改稿(1)固定钛含量0.1%,分别加0.3%~1.0%铜,观察显微组织和力学性能的变化0(2)固定铅含量0.5%及0.7%,改变钛含量,观察显微组织和力学性能的变化;试样中的其它成分(%)为:3.6~3.8C,2.1~2.3Si,0.22Mn,0.03S,0.04P,0.05Mg和0.05Re0(3)另取一组化学成为(%)为3.2C,2.8Si, 0.6Mn,0.06S,0.03P,0.05Mg和0.05Re的试样,进行不同温度的正火,然后与上述试样的组织与性能进行对比03试验结果与分析3.1Cu~Ti元素含量对球铁组织及性能的影响三种试验方法所得结果分别见表1~30表中数据均为三个试样的平均值0表1可见,随着Cu含量的增加,基体珠光体量和强度~硬度都增加,而延伸率和冲击韧度有所下降;当Cu含量大于0.7%时,珠光体量和强度~硬度的增加不明显0表2可见,当Cu含量不变时,基体表1铜含量对球铁性能的影响试样编号Cu%Ti%珠光体量%~BMPaG bMPa6%a-kJ-cm-210.340.1170~75238622 6.84820.560.0980~85276731 4.82930.710.1085~95278785 4.32840.920.1185280805 3.622-14-第24卷第4期2000年8月机械工程材料Materials fOr Mechanical EngineeringV Ol.24NO.4A ug.2000表2钛含量对球铁性能的影响试样编号Cu%Ti%珠光体量%HBMPaG bMPa8%a kJ cm-21O.52O.O48O272689 3.927 2O.51O.O88O~85278721 4.829 3O.51O.128O~85283743 5.231 4O.5O O.2O8O~85297745 4.624 5O.7O O.O985~95277786 4.23O 6O.71O.2O85~9529O813 4.O22 7e O.72O.2585~95293---e球化不良,未测力学性能表3不含铜~钛球铁正火后的性能试样编号正火温度TC珠光体量%HBMPaG bMPa8%a kJ cm-219OO95289785 1.92O287O85273718 2.426384O6O254641 2.728珠光体量变化不明显;当Ti含量低于O.12%时,塑性和韧性随含Ti量增加而提高,但超过O.12%时反而下降O将表3不同温度下正火所获得的不同珠光体量的球铁与表1~表2相应珠光体量的铸态球铁对应的性能相比较,证明铸态珠光体球铁的各项力学性能均优于正火后的球铁O显微组织观察结果表明,当Ti含量约为O.1%时,增加Cu含量(<1.O%D,则对球化程度影响不大,但当Ti含量超过O.2%,而Cu含量为O.7%~ 1.O%时,则球化不良OTi具有增加石墨球数并细化石墨的作用,这是因为Ti与S~N~O等阻碍石墨化的元素具有很强的亲和力,因而球铁中含有微量钛,不仅可以抵消这些有害元素的作用,促进石墨化,而且由于Ti与O~ C~N等作用形成的高熔点碳氮化物是高度弥散的微粒,这些微粒将成为石墨生长的外来晶核,有助于石墨球数的增加,球径的减小及分布均匀,但是当Ti含量超过O.2%时,Ti除了与铁水中的N~O~S 等有害元素化合外,还有多余的Ti存在,这些游离Ti将与C结合成TiC,TiC同C原子一样能强有力地结合在石墨上,促进石墨片状生长,因此产生了反球化作用OCu是扩大Y相区的元素,使共析转变温度降低,发生共析转变时,Cu阻碍石墨化,促使奥氏体转变为珠光体,因此Cu可以增加铸态珠光体量,但随着Cu含量的增加,球铁的强度~硬度增加,而塑性韧性却下降O显然,Cu~Ti的加入量有一最佳范围,本试验得出,以Cu的加入量为O.5%~O.7%,Ti的加入量为O.O6%~O.12%时,铸态球铁的强韧性为最好O 3.2Cu~Ti元素在球铁中的分布对性能的影响Cu主要分布在牛眼状铁素体中,少量地存在于珠光体,Cu对牛眼状铁素体起固溶强化作用O由于Cu是非碳化物形成元素,故在石墨周围的浓度高,阻碍铁素体生长的扩散过程,从而稳定了珠光体O而Ti主要分布在铁素体和珠光体的交界处及珠光体中,有些还以化合物状态存在于石墨球中O在球铁中,杂质元素一般偏聚在共晶团的晶界,加入微量Ti后,由于细化和增加了石墨球,即细化了共晶团,使共晶团晶界增多,故杂质元素的偏聚就相对减少;此外,由于Ti的加入量少,很难生成稳定性高的特殊碳化物,因而不易出现自由渗碳体和网状渗碳体,而只能以珠光体内的渗碳体形式出现O Ti 与Fe~C相互作用,将改变碳化物的数量及其分布,促使珠光体组织的细化,因此球铁中含有微量Ti 时,不仅能细化共晶团,同对还能细化珠光体的片层间距O显然,Ti的这些作用,使得铸态珠光体球铁的强韧性提高,脆性降低O从而也说明了其强韧性高于正火球铁的原因O4实际应用及寿命对比将Cu-Ti合金化的球铁化学成分U(%D3.8C,2.1Si,O.22Mn,O.O3S,O.O4P,O.O5Mg和O.O5Re 应用于S195柴油机曲轴,并进行中频感应淬火,同时与未经Cu-Ti合金化的球铁(化学成分同本试验D 经正火+中频感应淬火处理的曲轴进行疲劳对比试验,试验基数取5>1O6,以出现裂纹为准,二根通过即为疲劳极限O试验结果见表4O表4S195曲轴两种工艺的疲劳强度及疲劳寿命工艺疲劳极限G-1N mm-2断裂循环次数(载荷26O kg D正火态+中频淬火75.O 2.26>1O6铸态+中频淬火86.2 3.18>1O6显然,铸态+中频淬火曲轴的疲劳强度比正火态+中频淬火曲轴的疲劳强度提高了14.9%,而疲劳寿命提高了O.4倍O目前,这种Cu-Ti合金化的球墨铸铁材料,经过中频感应淬火,已成功地应用于柴油机曲轴~连杆;而经过激光表面处理后,已成功地应用于汽油机的凸轮轴~汽缸套等O由于减少了正火工艺,不仅缩短了生产周期,且可以节约大量电能,故而降低制造成本,而球铁强韧性的提高,使其疲劳强度和寿命大为提高,取得了良好的经济效益和社会效益O245结论(1)球铁中添加少量铜9能增加铸态珠光体量9且对铁素体产生固溶强化作用;而加入微量钛9能降低球铁中等有害作用9促进石墨球化9细化共晶团及珠光体片层间距9从而使球铁的强韧性疲劳强度及寿命大为提高(Z)球铁加入O.5%~O.7%CU9O.O6%~O.1Z% Ti能保证铸态珠光体量>SO%9且具有较高的强韧性9因此可以取代球铁正火工艺生产柴油机和汽油机的曲轴连杆凸轮轴及汽缸套等参考文献1沈阳铸造研究所等合编.球墨铸铁9北京:机械工业出版社919SZ.56~5SZ Levin T et al.Ti and Copper in dUctile iron9FA Tran-SationS919SO(4):Z1~Z3。
铁素体球墨铸铁中珠光体偏多的原因下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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五大元素对铸件的影响 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT浅谈五大元素对铸件的影响摘要：本文主要阐述了碳、硅、锰、硫、磷五大元素在铸件及铸造过程中的影响及作用。
关键词：碳、硅、锰、硫、磷；影响；作用铸铁的出现，方便了人类，从此我们就离不开了铸铁件，人们就把铸铁件用于制作各种制品，例如：小到螺丝钉、炊具、容器、农业机具等生活用品，大到汽车、飞机、轮船、大炮、坦克等建筑军事器械。
铸铁的生产推动了人类社会文明的进步，随着科学技术和我国国民经济的发展，各行各业对铸铁件的质量提出了更高的要求，而铸铁件的铸造技术涉及了物理、化学、冶金、机械等多种学科，影响铸铁件质量的因素很多，因此正确地使用合理的铸造技术是提高铸铁件质量的保证，而影响铸铁件质量铸造过程的主要因素有：冷却速度、化学成分、温度、气体、炉料等，这就要求人们认真考虑这些因素对铸铁件的影响。
本人结合几年来的工作经验，现以化学成分为例，浅谈五大元素对铸件的影响。
影响铸件品质的常规元素主要有五种，分别是碳、硅、锰、硫、磷，以上元素我们叫做基本元素或俗称五大元素。
它们是直接影响铸件物理性能的一个重要因素。
其主要作用如下：一、碳元素是铸铁中最基本的成分。
它不但是区分钢或铁的主要依据，含碳量大于%是铁，低于%的称为钢，而且，在铸造过程中，碳影响着铸件的力学性能。
在铸造中适当的碳促进石墨化，减小白口倾向，即减少渗碳体、珠光体、三元磷共晶，增加铁素体，因而降低硬度改善加工性能；碳促进镁吸收率的提高；改善球化，以达到预期效果；碳能改善流动性，增加凝固时的体积膨胀；碳提高吸振性，减摩性，导热性。
但碳含量过高引起石墨漂浮，恶化力学性能，过低又易产生缩孔松缩等缺陷。
所以，对不同质量要求的铸件，合理选配碳含量一般是提高铸件质量的一种途径，例如：灰铁含碳量大多在%%，球墨铸铁在%%。
碳对中锰球墨铸铁的力学性能影响不明显，一般碳量高于%时易出现石墨漂浮，影响铸铁质量，碳低于%时，不利于石墨化故一般控制碳量在%%为宜。
