隨著對內燃機的技術要求的日益提高，研制更高抗拉強度及彈性模量的合金灰鑄鐵已成為必然要求。本文探索適用于該技術要求的合金灰鑄鐵的化學成分和熱處理工藝，并研究二者對顯微組織和力學性能的影響。

1  試驗方法

1.1  熔煉工藝

試驗采用Ni、Mo、Cu合金化工藝，原材料為本溪生鐵、Q235廢鋼基75SiFe等。爐料在500kg中頻感應爐內熔化，然后加入鉬鐵、電解鎳及電解銅等合金，熔化完成后隨時檢測化學成分，待成分合格后，鐵液溫度達到1480℃±10℃出爐，澆注毛坯試樣。原鐵液的化學成分要求見表1。

1.2  正交試驗及分析

設計了一個四因素三水平的正交試驗，正交試驗方案見表 2。

根據(jù)表2的試驗方案做出的9組鑄態(tài)毛坯試樣，按照GB/T22315的要求檢測鑄態(tài)毛坯試樣的彈性模量E，結果見表3。彈性模量大于130GPa的有8種方案，其試樣的合金元素含量見表4。

從表4可以確定彈性模量E大于130GPa合金灰鑄鐵的化學成分，其化學成分范圍見表5，在此范圍內合金灰鑄鐵的彈性模量穩(wěn)定在130GPa以上。

根據(jù)表5的數(shù)據(jù)，取化學成分略高于范圍的下限，生產一批鑄件，經檢測，鑄態(tài)試樣的抗拉強度平均為300MPa。鑄態(tài)試樣的化學成分見表6。

將鑄態(tài)試樣粗加工后分為九組，進行等溫淬火（井式爐，870～910℃，保溫1h，保溫時間為3mm/min），出爐后立即進入330～400℃的鹽浴爐中，等溫1.5 h）。設計一個二因素三水平正交試驗，見表7。

以上九組試樣經等溫淬火后，抗拉強度按照GB/T228.1的要求進行檢測，試樣等溫淬火后抗拉強度的檢測結果見表8。

從表8的數(shù)據(jù)分析可以得出：試樣A1～C3的抗拉強度都大于350MPa，即在870～ 910℃井式爐保溫后，立即進入330～400℃的鹽浴爐中等溫1.5h，可以制得高強度的合金灰鑄鐵；在同等條件下，經330℃等溫處理后，抗拉強度達到最高。

2  金相分析

將B3試樣按照GB/T13298的要求進行金相組織分析，石墨評定參照GB/T7216執(zhí)行。B3試樣鑄態(tài)下的石墨組織與熱處理后的石墨組織如圖1所示，B3試樣在鑄態(tài)下和經過等溫處理后的金相組織如圖2所示，B3試樣在鑄態(tài)下和經過等溫處理后的抗拉試棒斷口形貌如圖3所示。

由圖1可以看出 , 熱處理前、后試樣的石墨形態(tài)和分布變化不大，兩者均是以A型石墨為主，且石墨長度4~６級。

由圖2可以看出 , 試樣在鑄態(tài)下為珠光體組織，經等溫處理后為貝氏體+小于10% 的殘留奧氏體組織。

由圖3可以看出 , 原始鑄態(tài)試樣的拉伸斷口形貌呈現(xiàn)出典型的脆性斷裂特征，類似于沿晶斷裂，但局部還可以觀察到河流花樣，表明鑄態(tài)原始試樣也以解理斷裂或準解理斷裂的方式協(xié)調變形；330℃等溫淬火后的試樣斷口部分區(qū)域則出現(xiàn)了蜂窩狀的斷裂形態(tài)，蜂窩狀區(qū)域里面由眾多小而淺的韌窩組成，河流花樣完全消失，但整體上還是呈現(xiàn)出脆性斷裂特征灰鑄鐵。

3  結論

( 1 ) 灰鑄鐵的化學成分在表5范圍內，經過等溫淬火處理后，抗拉強度大于 350MPa。

( 2 ) 經過鹽浴等溫淬火后合金鑄鐵的抗拉強度都有所升高，隨著等溫溫度的降低，上升幅度越大。

( 3 ) 灰鑄鐵經過等溫淬火處理后，石墨形態(tài)并不發(fā)生改變。

( 4 ) 在合金元素和等溫淬火處理的組合作用下，可以提高灰鑄鐵的力學性能。

（文章來源于鑄造頭條）