欢迎访问河南省铸锻工业协会!
联系电话:0371-63695233
联系我们
搜索

版权所有©河南省铸锻工业协会           豫ICP备19007263号                                                                                                                                                               网站建设:中企动力 郑州

微信公众号

偏析对球墨铸铁组织及性能的影响

1.反偏析元素

硅:Si偏析于奥氏体晶内并富集在石墨球附近,扩大该处奥氏体的共析转化温度区间、促使铁素体形成。所以普通球墨铸铁(非合金球墨铸铁)的铸态组织大多数由镶有铁素体边的石墨球+珠光体组成(俗称牛眼组织)。牛眼组织能阻止来自球墨表面的裂纹扩展,提高球墨铸铁动载荷下的抗力。然而,Si在奥氏体内的固溶强化会引起晶格扭曲,阻碍超弹性应力作用下的滑移,当Si不均与分布严重时,这种阻碍变得十分突出。此外,硅在石墨球旁的富集使固相转化时易促使析出二次石墨。由于在硅高的区域有高的共析转化温度,故奥氏体固相转化时,易促使该区域珠光体片变粗。因而,Si的偏析会给性能带来不利影响。

镍、铜:Ni、Cu与Si都属于反偏析元素。但与Si不同,它们降低共析转化温度;另外,Cu还在球墨-基体界面富集,阻碍C的扩散。所以Cu、Ni削弱球墨旁因Si高而引起的铁素体化作用,促进珠光体形成。在高Ni无Cr球墨铸铁中,Ni在共晶晶粒周界处的贫化和Mn的富集,使高Ni球墨铸铁的韧性和强度全面降低。

2.正偏析元素

锰:Mn在共晶团晶界富集。由于球墨铸铁的S含量低,少量的Mn立即显示出偏析的负面影响,故球墨铸铁中允许的Mn含量相对比灰铸铁要低。Mn虽可减少球墨铸铁中的铁素体,但由于在石墨旁贫化,所以对克服球墨铸铁的牛眼组织作用有限。Mn在LTF区偏析易使此区域奥氏体稳定,等温淬火后形成高碳马氏体+残余奥氏体混合组织,大大恶化ADI球墨铸铁的塑性及韧性。在珠光体及铁素体型球墨铸铁中,Mn、Cr的偏析导致韧性-脆性转化温度升高,容易引起脆性断裂,截面越大越严重。

铬:Cr偏析比Mn强烈,易形成晶间碳化物,降低动载荷性能,提高缩松倾向。

钒:V比Cr形成碳化物的倾向更大。碳化钒除单独存在外,,还与碳化铁形成共晶体或固溶体。

钛:Ti与C易形成TiC。TiC熔点3180℃,以孤立块状形态存在。当溶液中存在C、N时,Ti与C、N更易形成化合物TiC、TiN。当形成针状Mo-Ti-V晶间复合碳化物时,会削弱力学性能。同时,TiC、TiN是高硬度相,对切削加工会产生不良影响。

钼:Mo是富集于LTF区的强偏析元素。形成的晶间组织并不是简单的碳化物,而是复杂的合金化合物。当P含量偏高时,晶间组织中会出现Fe-Mo-P化合物,Mo在晶界易形成钼硅化合物,这些组织会明显降低动载荷性能,还增加微观缩孔。

为了克服偏析元素对组织和性能的不利影响,可同时添加正、反偏析元素以抵消彼此的负面作用,获得人们希望的均匀组织。

3.磷硫及低熔点元素

磷:P不是促进碳化物形成元素,但显示出征偏析特性,以磷化铁的形式组成低熔点三元磷共晶在LTF区共晶界上,降低铸态球墨铸铁的强度和韧性。同时P还同时偏析到奥氏体晶粒的亚晶界,使亚晶粒界面塑性明显小于晶内,增大球墨铸铁的回火脆性倾向。

硫:S在球墨铸铁中含量不高,多以硫化物形式存在,固溶态的硫含量极低。硫化物多存在于核心,有利于石墨核心的形成。

锡、锑:低熔点元素Sn、Sb吸附在石墨/金属界面上,形成阻碍碳原子向石墨球扩散的薄层,阻止铁素体的产生。由于是通过薄层阻碍碳扩散,所以Sn、Sb促进珠光体的能力比Cu、Ni强。过量的Sn、Sb偏析于最后凝固的液体,形成晶间化合物,导致强度和韧性均下降。