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微量钛对灰铸铁加工性能影响

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微量钛对灰铸铁加工性能影响
铸铁是应用最广泛的工程材料,人们对铸铁的加工性能已有很多的了解。但是,20
世纪90年代, 中外合资的汽车厂在加工国内生产的铸铁件毛坯时发现,在材料力学性能、金
相组织与国外生产的 铸件相当,都符合要求时,刀具的磨损要比加工进口铸件大得多,中德、中
日、中法等合资厂都存 在这样的问题,这严重影响了汽车铸件的国产化。最近,国内一些单位
对此进行过一些研究 工作,但对出现这一间题的原因仍不十分清楚。有资料指出,国产件钦量
过高是造成刀 具磨损大的主要原因,认为钦在铸铁中形成TIN、TIC等硬质点,其硬度很高,在
10OOH V以上,从而造成刀具的磨损加快。一汽研究认为06A缸体材质中钦的质量分数应严
格控制在0 .03%一0.04%;东风汽车公司生产日本本田的铸件存在加工性能差的问题,本田公
司认为中国生铁含钛量高是主要原因。钛的存在对铸件加工性能的影响是怎样的,有什么规律
性等问题是本课题研究的内容之一。
进口件与国产件的对比针对国产灰口铸铁汽车铸件切削加工性能比进口铸件差的问题,
采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDX)、彩色金相对进口灰口铸铁与国产灰口铸铁汽车铸
件中微量元素存在的状态及分布进行了分析。分析的铸件是发动机缸体和刹车盘,其化学成分
如表1。表l用于进行微区分析的铸件的化学成分铸件进口缸体国产缸体进口刹车盘国产杀lJ
车盘化学成分(Wt%)C3.373一263 .293 .32Si2052.002 .241 .84Mn0 .760 .75O石
l0 .82P0 .0390.0400 .037002S0.0880 .07700990 .075Cl0 .150 .280 .120.21V(0刃
l0 .0220.0550.007Ti<0.010.0280刀150.022.Cu0.0950410 .1804
Sn0 .0640.08000290.0841石对共晶团中心和晶间区域的成分进行分析,当晶间没有化合物
相存在时,国产铸件与进口铸件的差异不大。当晶间有化合物相出现时,两者差异比较明显。一
是晶间化物的类型有所不同,图l和图2分别是进口铸件与国产铸件中典型的晶间化合物。进
口铸 件中晶间化合物一般为简单的磷共晶(图1中A折指示位置);国产铸件中晶间化合物比
较复杂, 一般是既有磷共晶(图2中A所指示位置),还有复合碳化物(图2中B所指示位置)。
表2是其化学成分的EDX分析结果,可见国产铸件和进口铸件中磷共晶的组成基本相同,磷共
晶中固溶了 Cr、V、Nb、Fe等, 由于这些元素向晶间 偏析的结果。国产铸件中的晶间碳化
物也固溶了Mn、Cr、V等元素的复合碳化物。分析还发现 ,国产铸件中许多晶间碳化物上有
另一种多角形化合物存在,如图2及图3中C所指示的相即为这种化合物。其组成十分复杂物,
含有Ti、;、「)_一‘Tj:{ V、l!矿图3b是其能谱图。2加工实验方案为了研究钦对灰铸铁的机
加工性能 的影响,_我们根据加工性能的评价方式,以加工距离对刀具磨损量的影响考核铸件
的加工性能， 试样尺寸如图4所示。为了保证试验的一致性,试样组织按HT250,由于此试样
为厚大件,为 保证组织的均匀性,在试样中设置中空叫omln。按以下方案进行实验。试验试样
的成分如表3 。2.1熔炼工艺表2进口和国产铸件中晶间化合物EDX定量分析(%)表3配料
方案元素-进口铸件国产铸件(A处》(A处)(B处)(图ZC处)(图3C
处)C0.550.500.710.001 .36P9.328,430.000.310 .00Ti0.000 .000.0073.1162.13V0 .710 .30
0.352 .59676Cr1 .291 .263.69’2.724 .72Mn1 .801 .982_86.0.000,00Nb0.000.000.002108.6
1Fe85‘3287.0691.835 .8216.43其它5: 1.01sn:0.56S:13.35试样CsiMnSCuCrTi」
13 .141 .96。.780.0220.4860 .1530.0l823.061 .920.7600230 .512D.1490.04333.152.2770
.6700.0220.4910 .1480.07543 .281 .8830.7930 .0230.5140.1420 .08153 .252 .050.780.02
40 .4950‘1460.09463 .122、200.760 .0280.5050.1480 .106Mn、Cr、V,其含量远远高于其在
铸件中平均含量,是采用巧中频感应电炉熔炼, 先加人78%原生铁和22%废钢熔炼至1500℃
以上,然后加人碳化硅和石墨电极进行增碳增硅,采用包内冲入法增加钛,使用包内孕育工艺,试
样采用普通湿型砂手工造
鉴于国产原生铁中的钛含量比较高,对铸件的加工性能有影 响,对比分析了进口灰铸铁件与国
产灰铸铁件的微量元素存在的状态及分布,通过实验比较了不同 钛含量的铸件的加工对刀具
磨损的影响,认为合理的加工工艺参数和降低钛含量是提高铸件加工性能的关键。

@曾大新$湖北汽车工业学院材料工程系!湖北 十堰 442002
@刘建勇$湖北汽车工业学院材料工程系!湖北 十堰 442002
@何汉军$湖北汽车工业学院材料工程系!湖北 十堰 442002钛;;灰铸铁;;
1李涛,洪晓先,张梅.铅、碲对灰铸铁金相组织与性能的影响.现代铸铁,2002(3) :12-15

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钛与灰铸铁件裂隙状气孔

钛与灰铸铁件裂隙状气孔

Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂｉ ｇ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｗ ａ ｌ ｌ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｈ ａ ｓ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ａ ｓ ｓ ｈ ｒ ｉ ｎ ｋ ａ ｇ ｅ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ｅ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
ＨＡＮＧ Ｊ ｉ ａ Ｙｏ ｕ ， ＸＩ Ｅ Ｂ ｏ
（ Ｈａ ｏ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ Ａ ｕ ｔ ｏ － Ｐ ａ ｒ ｔ ｓ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｍｉ ａ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ ６ ２ １ ０ ０ ０ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ 补缩通道 ； 其次 ， 冒口体的有效补缩量必须足
够；
图 ６ 试制 照片（ 两 件产 品 ）
（ ４ ） 熔炼永远都是非常重要的 ， 好的冶金质量对
于解 决缩 松 、 缩孔 缺 陷非常 有利 。
参
出版 社 ． １ ９ ９ ８ ： ２ ６ ．
在生 产壁 厚差 异较 大 的球 铁铸件 的时候 ，尤其 需要 考虑 铸件 出现 缩松 、 缩 孔缺 陷 的可能 性 ， 在 工艺
Ｋｅ ｙｗｏｒ ｄｓ： Ｇｒ ｅ ｅ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ； Ｍｏ ｄ ｕｌ ｕ ｓ； Ｆｅ ｅ ｄｉ ｎｇ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ
钛含量对高铬铸铁耐磨性能的影响

钛含量对高铬铸铁耐磨性能的影响

68铸钢•铸铁Vol.70 No.1 2021钛含量对高铬铸铁耐磨性能的影响刘夙伟1,季峰2,张艳2，郭宇航2(1.江阴职业技术学院机电工程系，江苏江阴214405; 2.江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003)摘要：研究了含0.1 %、0.6%、丨.1%、1.6%钛的高铬铸铁的硬度和耐磨性能与组织之间的关系。

通过金相组织图、XRD测试、EDS分析以及磨损试验，发现钛的添加对高铬铸铁的耐磨性能有显著影响，形成的TiC对（C r,Fe)7C i,碳化物有明显的细化作用，但是过多的钛会导致TiC团聚并减少基体组织中的含碳量，对高格铸铁的耐磨性能造成负面影响。

当钛含量为1.6%时，高铬铸铁硬度达到HRC 63,有着最佳的耐磨损性能，其热处理工艺为1020 T保温2h,油淬，再经250丈保温4 h,空冷。

关键词：高铬铸铁；M7C，碳化物；耐磨性能；碳化钛作为新材料领域的核心，耐磨材料对高新技术的发展起着重要的支撑作用〜1。

高铬铸铁作为继普通白口铸铁、镍硬铸铁之后第三代耐磨材料'自20世纪80年代开始就进行了大量理论和实际应用研究，为我国抗磨材料的发展做出了很大贡献14~。

研究表明，适量的钛添加到髙铬铸铁中可以有效细化共晶碳化物，增加高铬铸铁的耐磨性能|7〜。

然而，由于钛是强碳化物形成元素且化学性质活泼，作为微量元素添加到高铬铸铁中会与碳、氮等非合金元素发生多种反应因此少量或过量的钛都可能会造成负面影响。

本试验研究不同钛含量高铬铸铁的硬度以及耐磨性能与组织结构之间的关系，希望通过揭示钛在高铬铸铁中的作用机理，提高高铬铸铁的耐磨性能。

作者简介：刘夙伟（1981-),女，博士,讲师，主要从事金属摩擦及热处理研究工作。

E-mail: justlsw@中图分类号：T G I63文献标识码： A文章编号：1001-4977(2021) 01-0068-06收稿曰期：2020-07-03收到初稿，2020-08-24收到修订稿。

影响灰铸铁性能的因素

影响灰铸铁性能的因素

提高灰铁铸件机械性能的方法一、灰铸铁定义灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。

主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80%以上。

二、影响灰铸铁机械性能的因素对灰铸铁铸件机械性能和金相组织的影响主要有化学成分、铁水的孕育、炉料配比、铁水过热处理、高温铁水在炉内保温时间、铁液的冷却速度、铸件的开箱时间等因素都会对灰铁铸件机械性能产生影响。

三、影响机械性能的机理1、化学成分：（1）五大常规元素C、Si、Mn、P、S的影响：a、C、Si都是促进石墨化元素，CE=C+1/3（Si+P），石墨的强度极低，相对与铁来说可以看作没有，加上灰铸铁中石墨以片状形态存在，对基体的割裂作用很明显，所以提高CE促进石墨变粗，石墨数量增加，铸件的强度和硬度会下降；CE降低，石墨数量减少，会增加铸件白口倾向，石墨片细化，由于增加初析奥氏体枝晶，从而提高铸件的力学性能，但铸件的铸造性能会下降，铸件的断面敏感性增加，硬度增加。

b、Mn、S都是稳定碳化物、阻碍石墨化元素，Mn是扩大奥氏体区元素，提高铁液中的Mn含量可以有效的降低奥氏体转变温度，有利于珠光体的形成和稳定珠光体的作用，并且奥氏体在较低温度下转化为珠光体，所以减小了珠光体之间的间距，有细化珠光体的作用，故Mn可以提高灰铁铸件的抗拉强度。

两者同事存在时会生成MnS及S的化合物，呈粒状分布在基体中，成为石墨非自发性晶核，促进石墨的形成，如果Mn、S过量不但对改善铸件性能没有帮助，还会增加铸件夹渣的机率，从而降低铸件的机械性能。

c、P可以使共晶点左移，少量的P可以增加铸件的硬度，但由于P熔点低，铁液凝固是偏析到晶界，形成磷共晶，增加铸件的脆性，降低铸件的致命性。

（2）其他合金元素和微量元素的影响：a、Mn、Cu、Mo等元素都可以促进珠光体生成，细化珠光体，稳定珠光体的作用，故Mn、Cu、Mo也能提高灰铁铸件的强度。

b、Pb：在灰铸铁中，Pb含量过高会形成魏氏石墨，严重影响铸件的性能。

第二篇铸铁及其熔炼 第二章 灰铸铁

第二篇铸铁及其熔炼 第二章 灰铸铁


第二节 灰铸铁癿金相组织、性能特点、牌 号及技术要求
一、灰铸铁癿金相组织 • 灰铸铁癿金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成（即： F+G片、F+P+G片戒P+G片）。此外，还有少量癿夹杂物， 如硫化物、磷化物、碳化物、氧化物等。 • 1、石墨及其对性能癿影响 • 石墨本身有两个显著癿特点：一是密度小（约2.25g/cm3， 仅为铁癿1/3），在铸铁组织中占体积大；二是石墨本身软 而脆，力学能差，且强度较低（σb＜20Mpa）。石墨在铸 铁组织中就相当于存在着许多切口一样，对金属基体起着 割离作用；另一方面，引起应力集中，致使金属基体癿力 学性能得丌到充分癿収挥（据测定基体癿性能収挥 30%~50%）。石墨对灰铸铁性能癿影响起着决定性癿作用。 这主要表现在石墨癿形状、分布、大小和数量等方面。
第一节 概 述
一、HT癿概念及用途 二、本章阐述癿主要内容
• 第二节灰铸铁癿金相组织、性能特点、牌 号及技术要求
• • • • • • • • • • 一、灰铸铁癿金相组织 1、石墨及其对性能癿影响 2、金属基体对性能癿影响 3、铸铁中癿碳化物和磷共晶对其性能癿影响 二、灰铸铁癿性能特点 1、灰铸铁癿力学性能 2、灰铸铁癿使用性能 3、灰铸铁癿工艺性能 三、灰铸铁癿牌号术要求 1、灰铸铁癿牌号
• （4）灰铸铁中石墨癿数量 石墨数量对其性能有一定 影响。在其它条件相同时，石墨数量增加，减小了有 效承载面积，使力学性能降低。 • 石墨数量一般是指石墨片在金相照片上所占癿面积分 数，目前尚无统一癿标准。 • （5）灰铸铁中共晶团癿数量 • 共晶团：结晶时晶粒中包括了A+G的晶粒团。 • 共晶团数量越多，其力学性能越好，即强度越高。见 图2-6所示。通常，灰铸铁中共晶团边界上常有低熔点 癿偏析和夹杂物存在，可用金相分析癿方法将共晶团 显示出来，一般在放大10倍（戒40倍）下观察，然后 按标准觃定，有A、B两组分8级迚行评定，试样直径 叏ф70mm，见图2-7所示。侵蚀处理癿显示剂： Cu2Cl2 10g 、MgCl 40g 、浓盐酸200cm3、加酒精 1000 cm3侵蚀。 •