挤压力对灰铸铁结晶组织及性能的影响*

2012-11-11翟振辉

河南工学院学报 2012年6期

关键词：灰铸铁铸铁样件

翟振辉

（河南机电高等专科学校，河南新乡 453000）

1 引言

挤压铸造是近代金属加工工艺中发展较快的一种先进的铸造方法。液态金属在高压的作用下，在紧缩的模具型腔内保压、结晶直至凝固。它所获得的铸件金相组织发生了明显变化，力学性能好，是一种生产效率高的精密成形工艺［1］。

2 试验材料与设备

2.1 试验材料及熔炼

利用车间内的回炉铁块、废钢及生铁块等，在中频感应炉内熔化。严格进行炉前化学分析检验，保证各批次试件的化学成分达到规定的范围，如表1所示。

表1 实验材料的化学成分%

2.2 使用设备和模具

在Y32－100四柱通用液压机上，采用图1所示模具。模具材料为5CrMnMo。

2.3 压力测试装置

在压力机的活动横梁上装有压力示波传感器，利用压力机的液压系统中的调压阀来改变压力大小。

2.4 力学性能测试

按常规材料力学性能指标的测试方法，对其强度极限b，延伸率和硬度HB进行测试。

3 试验方法及分析

3.1 实验方法

利用图1所示模具，在重力条件下浇铸出5个样件。该样件的直径和高度分别为70mm和120mm。然后在5 种挤压力(57 MPa、108 MPa、152 MPa、196 MPa和225 MPa)，且每种压力又分别取3种保压时间(5s、10s、15s)。这样在不同挤压力和保压时间的工艺参数下，在液压机上利用图1所示的模具进行灰铸铁件的试生产。要求每组工艺参数下至少锻出5个样件，然后从每组中任意取出3个样件进行组织观察分析和综合性能检测［2］。

3.2 结晶组织及分析

对不同的压力、保压时间等工艺参数得到的灰铸铁样件，进行铸造表面、宏观组织和微观组织进行观察、分析。试验结果表明，保压时间对铸铁的组织影响不大，而挤压力的大小是其结晶组织的主要影响因素。在压力下结晶，不仅改变了铸铁共晶组织结构的形成，而且明显地抑制了铸铁晶粒的长大，使石墨的形态由粗大片状转变为细小的球状，如表2所示。我们认为，这是由于压力结晶条件下，降低了石墨相的择优长大倾向，使其在所得结晶方向，表现出同一生长速度［3］，这样使原本择优生长条件下形成的片状石墨，逐渐转变为同时均衡长大条件下形成的球状石墨。

表2 压力与石墨形状及力学性能的关系

从样件剖开的横切断口上，我们还发现在重力铸造下的样件，而断面中心的石墨相呈粗大的片状，晶粒度为3～4级［4］。在57MPa压力作用下，石墨相为涡流状，但其直线长度减少了约1/3，晶粒度为4～5级。当压力增加到225MPa时，石墨相呈现出细小的球状，且从边缘贯穿到样件中心。与重力铸造相比，225MPa高压下结晶，铸铁单位面积上的晶粒数量增加了约3.7倍，并且等轴状的树枝晶粒减少了约1/3～1/4。

通过观察不同保压时间所得样件，其金相组织相差不大。因此选择保压时间为10秒的样件进行了力学性能测试及分析，其结果如表2所示。