合金元素对复相球墨铸铁磨球组织和性能的影响

2015-02-24梁冰利李志翔

金属加工(热加工) 2015年13期

关键词：磨球淬透性韧度

■梁冰利，李志翔

■梁冰利，李志翔

正确分析合金元素对球墨铸铁磨球组织和性能的影响，对我们确定化学成分合理匹配，优化各项性能最佳值，以及制订磨球最合理生产方案都具非常重要的现实意义。

1. 各元素的影响

（1）锰图1中曲线1为随锰含量变化，铸态试样硬度的变化规律。随着锰量的增多，首先表现为硬度的提高，这是由于锰使铁素体和珠光体的含量减少，而贝氏体量增加所致。当锰量继续增加时，奥氏体和马氏体逐渐增加，由于奥氏体的增加硬度有所下降。但当锰进一步提高时，形成部分碳化物，使硬度又有所回升，出现第二个峰。锰含量再提高，对奥氏体的稳定性起主要作用，锰大部分溶于奥氏体中，小部分形成碳化物，这样奥氏体的含量增多，硬度值也随之下降。

当控制化学成分时，可抑制由于锰含量高而形成的碳化物。如当wSi＝3.1%时，硬度值则表现出曲线2所示的变化规律，此时没有第二峰的出现。这是由于硅含量较高，抑制了碳化物的形成。试验结果表明，随锰含量的增加，奥氏体含量不断增加。锰虽然有形成碳化物的可能性，但却不能在奥氏体中达到饱和。也就是说，随着锰含量的提高，锰在奥氏体中的溶解量也是增加的，即锰在形成碳化物的同时，还使奥氏体量不断增加。

（2）硅对锰的碳化物形成有较好的抑制作用。在wSi＝2.8%时，wMn＝2.0%即出现了碳化物；当wSi＝3.1%时，wMn＝3.0%才有极少量碳化物出现；当wSi＝3.4%时，wMn＞3.5%才有部分碳化物析出。

图1　锰含量对硬度的影响

硅对碳化物的抑制作用可以归结为：在贝氏体型铁素体析出时，使其周围的奥氏体富碳，增加了奥氏体的稳定性，又减少了碳与锰形成化合物，从而使锰减少了形成碳化物的趋势，使锰大都溶于奥氏体和铁素体中。但硅含量过高，特别是在磷高的条件下，使固溶的磷量降低，导致磷共晶数量增多，从而降低材质的韧度。在所试验成分范围内，当

wSi＜3.1%时，硅含量的增加使奥氏体的含量增加，但当wSi＞3.1%时，随硅含量的增加，奥氏体含量降低。因此，在能抑制锰形成碳化物的情况下，硅应尽可能低些。

（3）硼在基体组织中的作用是提高淬透性，微量的硼（0.0007%）就可以使基体的淬透性有明显的提高。但是硼含量增加到0.001%以上，淬透性就不再提高了。因此，硼只能微量加入，在考虑烧损的情况下，控制wB＝0.01%～0.02%。这一微量的硼对淬透性的作用相当于0.3%的铬或0.2%的钼。由此可见，采用硼来提高磨球的淬透性是十分经济的。

对于硼提高淬透性可以解释为：以原子状态溶解于奥氏体中的硼，具有优先分布在晶界上的倾向，它降低了晶界的能量并抑制铁素体及上贝氏体在晶界上成核。因此，奥氏体的分解速度减慢，从而提高了淬透性。因为硼主要是改变晶界的特性，因此对已形成的铁素体晶粒的长大速率没有影响。根据铁-硼状态图，硼在基体中的溶解度是十分有限的， 910℃时硼在奥氏体中的最大溶解度为0.0021%，而在铁素体中溶解度为0.0018%。过量的硼将在钢中以Fe2B的形态存在，它不能提高淬透性并强烈地影响材质的韧性。因此只有固溶状态的硼才能提高淬透性。

2. 力学性能分析

图2为wSi＝3.0%时锰对力学性能的影响。抗拉强度随锰含量的增加，先增大而后下降，特别在wMn＞2.5%以后，下降幅度较大，当wMn＝1.5%～2.5%时，强度值最大（1000MPa以上）。冲击韧度随锰含量增加而呈下降趋势；在wMn＝2.0%～3.0%时，变化较平缓，或略有提高。硬度值也是在wMn＝2.0%～3.0%时取得最大值。

硅对力学性能的影响表现为：硅由3.0%增至3.3%（质量分数）时，对抗拉强度、硬度变化规律的影响不大，但对冲击韧度的变化趋势改变，在wMn＝1.5%～2.0%之间出现一峰值,并且在wMn＝1.5%～2.5%时，冲击韧度都在14.7J/cm2以上，硬度在50HRC左右。当wSi＝3.6%时，抗拉强度相对增加，并且随锰含量的增加变化强烈，强度降低很快，冲击韧度则都在很低的水平，变化趋势平缓。

考察Si/Mn比对抗拉强度、冲击韧度和硬度值的影响，得出抗拉强度随Si/Mn比的增加而增大，在Si/Mn＝1.6～1.8时达最大值，且都在1000MPa以上，之后随Si/Mn比的增加而下降。冲击韧度都在13.7J/cm2以上。硬度值随Si/Mn比变化同样出现一峰值，Si/Mn＝1.2～1.5时，硬度值为50HRC以上，在Si/Mn＞1.5时，随Si/Mn的增大而降低。金相组织见图3～图7。