铬对高蠕化率中硅钼蠕铁组织和高温抗拉强度的影响

解骐鸣，曲迎东，高民强，李广龙(沈阳工业大学，沈阳 110870)



铬对高蠕化率中硅钼蠕铁组织和高温抗拉强度的影响

解骐鸣，曲迎东，高民强，李广龙
(沈阳工业大学，沈阳 110870)

摘要：高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁在急冷条件下的耐热疲劳性能优良，但高温抗拉强度较低，通过在高蠕化率中硅钼蠕铁中添加铬，研究铬对高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁的 高温抗拉强度的影响。研究结果表明，随铬加量的增加，导致珠光体和碳化物的含量增加，使基体在共析转变过程中析出的石墨量减少，导致基体中蠕虫状石墨量减少，在800 ℃条件下的抗拉强度得到 明显的提升。含铬量0.71%的中硅钼蠕铁抗拉强度比不含铬的普通 中硅钼蠕铁提升了12%。铬含量的增加，使铬在铁液凝固过程中形成的偏析量增加，促进碳化物形成，同时在碳化物周围铬的富集区增加，珠光体和碳化物并存出现。

关键词：中硅钼蠕铁；铬；高温抗拉强度

稿件编号:1511-1138

0 前言

中硅钼蠕墨铸铁作为一种常见的耐热蠕墨铸铁材料在汽车领域有广泛应用，是汽车发动机排气歧管的理想材料[1]。常规中硅钼蠕墨铸铁蠕化率控制在50%左右，其具有一定的耐热疲劳性能及优良的抗氧化性能，可以使其在800 ℃的工作环境中长时间工作[2-3]，但其在高温急冷条件下的耐热疲劳性能较低，而高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁在急冷条件下的耐热疲劳性能较好[4-5]，但蠕化率的增高，导致中硅钼蠕墨铸铁高温抗拉强度降低。所以如何改善高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁高温抗拉强度是本次研究的重点。本文通过在高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁中添加铬元素来改善其高温抗拉强度[6]，并结合基体组织变化，分析铬对高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁高温抗拉强度的影响[7]。

1 成分与工艺

1.1 成分

中硅钼耐热蠕铁排气歧管的成分如表1所示，Cr的添加明显增加铸铁白口倾向，所以铬的添加要适量，因此Cr的添加控制在0.40%~0.70%。本文根据蠕铁中铬元素含量的不同分成3种，这3种方案的化学成分检查结果如表2所示。

表1 中硅钼耐热蠕铁排气歧管成分

表2 3种方案的化学成分

1.2 蠕化工艺

实验采用50 kg中频炉熔化生铁、废钢，待其溶化完全后在1 300 ℃左右加入钼铁、铬铁、硅铁。蠕化剂采用稀土镁钙蠕化剂，蠕化剂加入量为0.45%~0.50%，采用75SiFe孕育剂孕育，孕育剂加入量为0.4%，出铁温度控制在1 500~1 550 ℃之间，浇注温度控制在为1 380~1 450 ℃，蠕化处理采用堤坝式包底冲入法,孕育剂要均匀铺满蠕化剂表面。

2 试验结果与分析

2.1 金相组织

图1所示是3种方案的金相组织。从图中可以看出蠕化率均控制在95%以上，蠕化效果良好，蠕化工艺稳定。对比3组组织图，可以看出随Cr的添加量的增加，蠕化率不 发生变化，蠕虫状石墨含量减少。说明Cr的添加阻碍石墨化进程，使含铬量0.71%的高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁组织中蠕虫状石墨含量最小。对比3组基体图,可以看出含铬量0.71%的高蠕化率中硅钼蠕墨铸基体中主要全部以铁素体为主,珠光体含量最 低仅占基体的5%，并且基体内碳化物量也最低，随Cr的添加，基体中珠光体和碳化物明显增加，加 入0.71%的Cr后，基体组织中珠光体和碳化物比例最高占基体的15%，说明铬元素的添加具有促进珠光体与碳化物的形成。

图1 不同含铬量的中硅钼蠕铁组织基体图

如图2所示为3种不同含铬量的中硅钼蠕铁碳化物与珠光体组织图，随铬添加量的增加，珠光体与碳化物含量增加的同时，碳化物形态也随之改变，碳化物长大，碳化物分支增多，碳化物分布范围增加，同时珠光体均匀包围在碳化物周围，珠光体的分布形态与碳化物类似。

图2 不同含铬量的中硅钼蠕铁中碳化物与珠光体组织图

如图3所示为碳化物和珠光体能谱，碳化物和珠光体中铬含量较多，同时铬在铁液凝固过程中发生正偏析。铬含量的增加，使铬的偏析量增多，导致碳化物增多，同时在碳化物周围铬的富集区增加，使珠光体含量增加，碳化物的分布决定了铬富集区的分布，所以两者并存出现，分布形态相似。

2.2 高温力学性能

如表3所示为3种蠕铁，在800 ℃条件下，随铬含量的增加，高温抗拉强度明显提升，含铬量0.71%的中硅钼抗拉强度比不添加Cr的普通中硅钼蠕铁提升了12%，说明铬的添加可以有效的提高高蠕化率中硅钼蠕铁高温抗拉强度。

3 结论

（1）在制备出的3种蠕化率95%的中硅钼铬蠕铁中，随Cr含量的增加，导致碳化物和珠光体含量增加，使基体在共析转变过程中析出的石墨量减少，使基体中蠕虫状石墨量减少。

表3 高温力学性能

图3 基体组织能谱

（2）在800 ℃条件下，随铬含量的增加，高温抗拉强度明显提升，含铬量0.71%的中硅钼抗拉强度比不含铬的普通中硅钼蠕铁提升了12%。

（3）铬含量的增加，使铬在铁液凝固过程中形成的偏析量增加，促进碳化物形成，同时在碳化物周围铬的富集区增加，珠光体和碳化物并存出现。

参考文献

[1] 金永锡.中硅钼耐热蠕墨铸铁排气歧管材质和工艺探讨[J].铸造,2006 (12):1238-1244.

[2] 吴明海,杨士浩.中硅钼耐热蠕墨铸铁性能的研究[J].铸造技术,1990 (01):18-21.

[3] 曾圣湖,魏结练,武炳焕.GJV SiMo4.5-0.6蠕墨铸铁排气管的生产工艺[J].铸造,2008 (02):160-162.

[4] 李秀真,于化顺.中硅耐热蠕墨铸铁的研究及应用[J].铸造,1997 (2):18-20.

[5] Shao S, Steve D, Lampic M.The mechanical and physical properties of Compacted Graphite Iron[J].Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik, 1998, 29(8):397-411.

[6] Gumienny G, Dondzbach M, Kacprzyk B.Effect of Chromium on the Solidification Process and Microstructure of Vermicular Graphite Cast Iron[J].Archives of Foundry Engineering, 2015, 15(3):29-34.

[7] 邱汉泉， 陈正德.中国蠕墨铸铁40年[J].中国铸造装备与技术,2006(1).

Effect of chromium on the microstructure and high temperature tensile strength of medium silicon-molybdenum vermicular iron with high creep rate

XIE QiMing, QU YingDong, GAO MinQiang, LI GuangLong
(Shenyang University of Technology，Shenyang 110870,Liaoning,China)

Abstract:Medium silicon-molybdenum vermicular iron with high creep rate has good thermal fatigue performance under the condition of rapid cooling, but the high temperature tensile strength is low.Some experiments were conducted to research the effect of chromium on the high temperature tensile strength of medium silicon-molybdenum vermicular iron with high creep rate through adding chromium to medium siliconmolybdenum vermicular iron with high creep rate in this paper.The results show that the graphite content in the medium silicon-molybdenum vermicular iron decreases.With the increase of chromium content, the pearlite and carbide content increases.Cr plays a role in strengthening the matrix, meanwhile carbide also slows the softening of materials at high temperatures.The tensile strength at 800 ℃ increases signifi cantly, and the tensile strength of medium silicon-molybdenum vermicular iron by adding 0.71% Cr is improved 12% than that of ordinary medium silicon-molybdenum vermicular iron.With the increase of chromium content, chromium segregation amount increases in the process of iron liquid solidifi cation, which promotes carbide formation.At the same time, the area of the chromium enrichment increases.

Keywords：medium silicon-molybdenum vermicular iron; chromium; mechanical properties

中图分类号：TG143.49；

文献标识码：A；

文章编号:1006-9658（2016）03-0024-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.007

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51274142）；沈阳市科技攻关项目（F13-036-2-00）

收稿日期:2015-11-27

作者简介：解骐鸣（1990—），男,在读硕士，从事铸造合金中硅钼蠕墨铸铁与石墨畸变领域的研究工作；通信联系人：曲迎东，博士生导师.