摘要：研制了奧氏體基休高鉻鑄鐵葉片和消除其顯微縮松、提高了大拋丸量拋丸機(jī)葉片壽命的措施
關(guān)鍵詞：高鉻鑄鐵葉片奧氏體基體
通過(guò)對(duì)大拋丸量拋丸機(jī)葉片的工況和失效分析,為提高其葉片壽命,采用調(diào)整合金成分,輔以B十V+Re一is復(fù)合孕育工藝和應(yīng)用激冷及串法澆注及消除鑄造缺陷,以獲得低碳高鉻奧氏體鑄鐵。
一、試驗(yàn)情況與結(jié)果
鐵水用60kg酸性中頻感應(yīng)電爐熔煉。為接近生產(chǎn)實(shí)際,用高鉻鑄鐵葉片回爐料作爐料,用低碳鉻鐵及廢俐調(diào)整合金成份。用快速熱電偶測(cè)定爐前出鐵溫度為1550~1600OC,澆注溫度為1450~1500℃。
采用煤粉粘土砂型鑄造,型內(nèi)放HT20一40冷鐵或自制石墨板激冷。沖擊試塊尺寸為20x20x
110mm,在JB308沖擊試驗(yàn)機(jī)上作沖擊試驗(yàn)。用B十V十.1Re一siFe復(fù)合孕育,其加入量(%)為:B0.06~0。08,V0.1~0.5,i,Re一51一Fe0.3~0.6。試驗(yàn)結(jié)果:鑄態(tài)沖擊試塊性能及分析見(jiàn)表l,其金相組織見(jiàn)圖1.激冷鑄態(tài)沖擊試塊性能及分析見(jiàn)表2,金相組織見(jiàn)圖2~3
表1鑄態(tài)沖擊試塊性能及分析
四組試塊均為同一爐鐵水,故化學(xué)成分、金相組織同 表2激冷鑄態(tài)沖擊試塊性能及分析


圖1顯微組織：奧氏休十共晶碳化物,鑄態(tài),非激冷,橫向,8%硝酸酒精腐蝕x500
圖2顯微組織:奧氏休+碳化物,鑄態(tài)、激冷、縱向8%硝酸酒精腐蝕x532
圖3顯微組織:奧氏體十碳化物鑄態(tài)、激冷、橫向8%硝酸酒精腐蝕x532

二、討論
(一)B+V+Re一iS復(fù)合孕育作用
B和Si都能減少熔體中C的含量,使初生奧氏體前沿的C濃度增加,造成鐵液中C的原子集團(tuán)數(shù)增多,從而使碳化物的生長(zhǎng)核心增多,有利于碳化物的細(xì)化。Re具有細(xì)化初生奧氏體因而有細(xì)化碳化物的作用。Re還能使共晶轉(zhuǎn)變的相對(duì)過(guò)冷度增加,共晶凝固范圍增大,改變亞共晶程度大的高鉻鑄鐵的凝固方式,能使高鉻鑄鐵的碳化物趨于孤立分布。B在固溶體中的溶解度很小,常在晶界偏聚或析出。Re能降低固溶體的晶界能,在晶界也有相當(dāng)?shù)母患?從而對(duì)B在晶界析出產(chǎn)生重要的影響,抑制B在晶界析出可能造成的脆化現(xiàn)象。據(jù)資料1[〕介紹:單獨(dú)用B變質(zhì)處理,鑄鐵的抗磨性提高,但韌性較低,用.1Re一iS一Fe變質(zhì)處理,雖韌性提高幅度較大,但因iS含量增加,使抗磨性受影響。B和.1稀土硅鐵復(fù)合,利用兩者細(xì)化組織的長(zhǎng)處,以相互彌補(bǔ)各自的不足。并匹配一定量的V,(它是有效的碳化物穩(wěn)定元素),能增加共晶碳化物的硬度,細(xì)化柱狀組織,增加激冷效應(yīng),起彌散強(qiáng)化作用,使碳化物斷網(wǎng),從而提高抗磨性和沖擊韌性。VC在白口鑄鐵中呈孤立的球形,和基體的內(nèi)聚結(jié)合力強(qiáng),顯微硬度高達(dá)HV28。。。綜上所述,我們選用Re一B一y復(fù)合變質(zhì)工藝,其較佳匹配量為:B0.06~0.08%,Re一Si一Fe0.3~0.86%(加入量),VO.1~0.3%,取得鑄態(tài)試塊的沖擊值8一16)J/cm²和硬度HRC5~57的良好性能。顯然,我們的變質(zhì)工藝對(duì)材質(zhì)韌性的提高效果是顯著的。其金相組織見(jiàn)圖1~3。由圖可見(jiàn),碳化物呈孤立分布。
對(duì)于奧氏體基體高鉻鑄鐵,因Re元素平均原子半徑比Fe大25%,溶于奧氏體提高了奧氏體在加工硬化前和加工硬化后的顯微硬度,從而強(qiáng)化了基體和增加了基體硬化能力,所以鑄態(tài)奧氏體顯微硬度較高,使宏觀硬度也提高。當(dāng)采用激冷工藝時(shí),奧氏體中Re的含量會(huì)有所增加,上述現(xiàn)象就更明顯。



(二)激冷的影響
1、對(duì)成分設(shè)計(jì)的影響

拋丸葉片不宜選用出現(xiàn)一次碳化物而使耐磨性和機(jī)械性能降低的過(guò)共晶成分,而且即使選用共品成分,在大拋丸量時(shí),也會(huì)引起嚴(yán)重早期脆斷。某廠曾試制兩爐葉片,壽命都很短。分析結(jié)果表明:都是因?yàn)楹剂扛?而引起早期脆斷,碳量為3.4~3.6%出現(xiàn)粗大的一次碳化物如圖4所示,裝機(jī)試驗(yàn)葉片壽命很短。所以選用亞共晶程度稍大的合金成分,在采用激冷工藝時(shí),則合金的亞共晶程度應(yīng)更大些,所以我們選用含碳量在2.4~2.8%范圍內(nèi)。
圖4、8%硝酸酒精腐蝕x532金相組織、回火馬氏體+碳化物
Cr/C值是高鉻鑄鐵的主要參數(shù)。鑄鐵中的鉻以碳化物和固溶于奧氏體兩種形式存在。Cr/C<5
時(shí),隨著比值的減小,(Fe,Cr),C:型碳化物被(Fe,Cr):C型逐步取代,奧氏體中含鉻量相應(yīng)減少,其穩(wěn)定性降低。當(dāng)Cr/C>5時(shí),碳化物以(Fe,Cr),C:型存在,奧氏體中含鉻量增加,穩(wěn)定性增大,有利于得到鑄態(tài)全奧氏體基體組織。采用激冷會(huì)使碳化物中的含鉻量降低,從而增加奧氏體中的含鉻量,進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性,更利于獲得鑄態(tài)奧氏體基體。但過(guò)大的Cr/C值,意味著鑄鐵含碳量的降低,碳化物數(shù)量減少或含鉻量過(guò)多,導(dǎo)致鑄件耐磨性及機(jī)械性能下降。在砂型`鑄造時(shí),Cr/C值選5一6,而在激冷情況下,需相應(yīng)降低碳的含量,Cr/C比值選用6~7。
2.對(duì)葉片內(nèi)部質(zhì)量的影響
提高高鉻鑄鐵的結(jié)晶冷卻速度,使鐵水的過(guò)冷度增加、結(jié)晶核心增多、鑄鐵組織細(xì)化和不連續(xù)的(Fe,Cr),C。型共晶碳化物分散度加大,尺寸細(xì)化,數(shù)量增加,致使亞共晶鑄鐵的初生奧氏體細(xì)化。
從Fe一Cr一C三元狀態(tài)圖可知,高鉻鑄鐵的共品反應(yīng)大約在30OC的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,亞共晶鑄鐵隨著含碳量減少,固液相線溫度間隔加大,因此高鉻鑄鐵有著嚴(yán)重的糊狀凝固趨勢(shì),這就使得鑄件有形成分散縮孔和析出性氣孔的傾向。這個(gè)傾向隨共晶度的減小而增大。根據(jù)鑄件凝固理論,鑄件的凝固方式是由合金本身的特性,液固相線間距、結(jié)晶溫度范圍tc和濤件的溫度降δt所決定的。
△tc/δt<1時(shí),鑄件的凝固趨于逐層凝固。加強(qiáng)鑄型的導(dǎo)熱,使鑄件溫度降增大,即使△tc/δt減小,鑄件就可能由糊狀凝固方式改變?yōu)橹虚g或逐層凝固,合金的晶間縮松傾向顯著減小,合金密度增大。激冷皮濤件的密度由7.52g/cm³增至7.62g/cm³,孔洞率低了1.3%,鑄件的致密性和健全性大大提高。
3.激冷對(duì)鑄造工藝的要求
應(yīng)用激冷提高葉片壽命,國(guó)內(nèi)某鑄造機(jī)械廠對(duì)激冷葉片進(jìn)行了研究,已成功地用于生產(chǎn)。但在某鑄造機(jī)械廠初試階段,因激冷產(chǎn)生的“花臉”鑄造缺陷對(duì)葉片壽命影響很大。為此我們對(duì)激冷所產(chǎn)生的表面缺陷進(jìn)行了分析,認(rèn)為缺陷是由于激冷使鐵水的流動(dòng)性降低所致。在觀察充型過(guò)程中發(fā)現(xiàn),“花臉”鑄造缺陷的形成如圖5所示。為了改變充型方式以消除這種缺陷,我們進(jìn)行了平做斜澆試驗(yàn),結(jié)果鑄造缺陷明顯減輕。若把葉片的鑄造工藝改為立澆時(shí),這種“花臉”缺陷有希望得到完全消除。
圖5花臉缺陷的形成過(guò)程
把激冷應(yīng)用于葉片生產(chǎn)時(shí),需對(duì)澆注溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。若澆注溫度過(guò)高,將減弱冷鐵的激冷作用;澆注溫度過(guò)低時(shí)會(huì)產(chǎn)生充型不足,得不到完整的鑄件。為縮短澆注一批鑄件延續(xù)的時(shí)間,宜采用串法。若用磁型生產(chǎn)線生產(chǎn)拋丸葉片可能更為理想。
參考文獻(xiàn)
〔1〕王兆昌、韓福生:B與Re一51變質(zhì)處理對(duì)高Cr一Mn白口鑄鐵的組織及性能的影響,《鑄造》,〔8)1985: