新型高性能高硅铸铁的组织与性能研究*

张亚祥，刘俊钊，蹇 乐，段望春，张 兴，张得俭

(甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030)

0 引言

高硅铸铁具有优良的耐腐蚀性能，特别适用于制作承受载荷下与各种强腐蚀介质接触的部件［1］，如各种离心泵、阀类、旋塞、管道配件、塔罐、低压容器及各种非标准零部件，也可用于制造外加电流阴极保护用的辅助阳极铸件［2－4］，但这种材料强度低、硬度高、脆性大，导致加工性能差，限制了它的使用范围［5］。通过添加稀土元素铈、保温处理方式，改善高硅铸铁组织和性能。

1 试验过程及试样制备

以自主设计的高性能高硅铸铁材料为研究对象，添加不同含量的稀土元素铈，其成分如表1。所有试样均在800℃保温30 min出炉，室温自然冷却。

表1 新型高硅铸铁材料各试样成分

2 试验结果及分析

2．1 金相分析

3组金相试样规格均为:15 mm×15 mm×10 mm，对各试样进行抛光处理后采用自制的硝酸酒精腐蚀液，侵蚀5 s，清洗后运用光学显微镜对试样进行观察分析，所得结果如图1所示。

图1 高硅铸铁金相组织照片

由图1可知，当添加稀土含量为1．0%时，材料金相组织致密、晶粒细小，组织明显优于成分1、成分3试样。可见，适当的稀土含量可明显改善材料的组织结构。

2．2 冲击韧度分析

采用JB－300B冲击试验机，对材料的冲击韧度进行试验，试样尺寸如图2所示。

图2 试样尺寸/mm

每组成分采用5根试样进行试验，取其平均值后，所得结果如表2所列。

表2 冲击韧度结果

由表2可知，当添加稀土含量为1．0%时，材料的冲击韧度最高，其值为:1．3 J/cm2。

2．3 抗弯强度和挠度分析

抗弯强度测试在CTM9100微机控制电子万能试验机上进行，测试的试样规格为:3 mm×4 mm×40 mm。采用三点弯曲法测量，跨距为30 mm，加载速率为0．5 mm/min。每组测试3根试样，然后取平均值，所得结果如表3所列。

表3 抗弯强度和挠度测试数据

由表3可知，当添加稀土含量为1．0%时，试样的抗弯强度为174 MPa、挠度为1．4 m。

3 结论

综上所述，经添加稀土元素铈、保温处理方式，改善了高硅铸铁组织和性能，当添加稀土含量为1．0%时，材料金相组织致密、晶粒细小;冲击韧度为1．3 J/cm2;抗弯强度为174 MPa，挠度为1．4 mm。

［1］ 李具仓，李志思，赵爱民，等．高硅铸铁的研究［J］．铸造．2004，53(12):1028－1030．

［2］ 李具仓，赵爱民，胡玉亭．Cu对高硅铁基合金组织和耐蚀性能的影响［J］．铸造技术．2005，26(6):470 －473．

［3］ Brian J，Saldanha，Michael A Stretcher．Effect of Silicon On the Corrosion Resistance of Iron in Sulfuric Acid［J］．National Association of Corrosion Engineers，1986(1):37 －43．

［4］ 化学工业部化工机械研究院．耐蚀金属材料及防蚀技术［M］．北京:化学工业出版社，1990．

［5］ 中国机械工程学会铸造专业学会．铸造手册(铸铁分册)［M］．北京:机械工业出版社，2000．