硅碳比值对灰铸铁抗拉强度和硬度的影响

硅碳比值对灰铸铁抗拉强度和硬度的影响 1　引言 长期以来 ,铸造工作者就 Si/C比值对灰铸铁的抗拉强度和硬度的影响进行了一定的研究 ,并提出 Si/C比值在 0 .55～ 0 .85时 ,可获得高强度的灰铸铁件。最近我们对高 Si/C比值的灰铸铁进行了系统研究 ,并取得了明显的经济效益。 2　硅碳比值对灰铸铁抗拉强度和硬度的影响　　 我们进行了三组数据的试验。 2 .1　碳当量 CE=3.6%～ 3.8%范围内Si/C比值在 0 .5～ 0 .9之间选取 9个试验数值 ,并测量出它们的抗拉强度δb 和布式硬度 HB值 ,见表 1。 Si/C 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 δb 220 240 260 265 270 290 260 220 180 HB 182 186 190 190 195 196 192 201 205 2 .2　碳当量 CE=3.8%～ 4.0 %范围内Si/C比值在 0 .5～ 0 .85之间选取 8个试验数值并测量出它们的抗拉强度 δb和布式硬度 HB值 ,见表 2。 Si/C 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 δb 178 180 181 180.5 179 179.5 178.5 179 HB 175 176 174 175 180 178 174 175 2 .3　碳当量 CE=4.0 %～ 4.2 %范围内Si/C比值在 0 .5～ 0 .85范围内选取 8个试验数值并测量出它们的抗拉强度 δb 和布式硬度HB值 ,见表 3。表 3　Si/C比值在 4 .0 %～ 4 .2 %之间的 δb 值和 HB值Si/ C 0 . 5 0 . 55 0 . 6 0 . 65 0 . 70 . 75 0 . 80 . 85δb ( MPa) 1 791 80 1 81 1 80 1 791 791 781 79HB 1 65 1 60 1 581 56 1 4 91 50 1 4 1 1 4 0Si/C比值对 δb 和 HB的影响曲线 ,分别见图 1、图 2。图 1　Si/ C对 δb 的影响　　 1 .CE=3.6%～ 3.8%　 2 .CE=3.8%～ 4 .0 %　　 3.CE=4 .0 %～ 4 .2 %图 2　 Si/ C对 HB的影响　　 1 .CE=3.6%～ 3.8%　 2 .CE=3.8%～ 4 .0 %　　 3.CE=4 .0 %～ 4 .2 %以上 试验数据及图形表明 ,当 CE>4.0 %时 ,Si/C比值增大 ,对 δb 影响很小 ,而 HB呈下降趋势。 CE=3.6%～ 3.8%时 ,Si/C比值在 0 .5～0 .75时 Si/C增大 ,δb 增大 ;Si/C大于 0 .75时 ,Si/C比值增大 ,δb反而减少 ;而 HB值始终随 Si/C值增大而增大。CE=3.8%～ 4.0 % ,Si/C比值在 0 .5～ 0 .75范围内时 ,Si/C比值增大 ,δb 增大 ;Si/C比值大于 0 .7时 ,Si/C比值增大 ,δb 反而减小 ,HB基本不变。 3　理论分析 3.1　Si/C比值对 δb 的影响的理论分析当 CE低时 ,适当提高 Si/C值对 δb 影响很大 ,而 CE>4.0 %时 ,Si/C值对 δb 影响很小。这是因为 CE值小 ,碳元素也少 ,而碳是铁液凝固时影响奥氏体形成数量的主要元素 ,碳愈低 ,奥氏体数量增多 ,这时如果提高 Si/C比值 ,Si含量增加到稍低于显著促进石墨化的临界值 ,珠光体数量也就增多 ,铸铁强度就可以提高。当 Si/C比值提高到一定程度时 ,Si含量增加到显著促进石墨化的临界值以后 ,铸铁的强度反而下降 ;其次是碳含量降低使石墨析出减少 ,故石墨割裂基体的作用减弱 ,加之灰铸铁中更多的硅固溶于铁素体中使之强化。Si/C值不断提高 ,共析转变温度也在升高 ,使珠光体在较高温度下形成 ,片层间距增大 ;又因高硅使碳在奥氏体中的溶解度急剧下降 ,并扩大了铁素体 + 奥氏体 +石墨三相区的范围 ,使奥氏体向铁素体的转变量增多 ,因此 ,Si/C提高可以产生两种相反的影响。当提高强度的作用大于降低强度的作用时 ,Si/C值提高强度上升 ,否则 Si/C值提高 ,强度下降。 3.2　 Si/C比值对 HB影响的理论分析提高 Si/C比值使铸件中硅的固溶强化作用增强 ,使硬度提高。如 CE较低时 ,铁素体含量不多 ,这种趋势就会保持下去 ;当 CE高时 ,铁素体析出较多 ,故又使硬度降低。两种作用的结果会使硬度随 Si/C比值的提高而稍有提高或保持不变 ,当 CE>4.0 % ,Si/C提高 ,硬度下降。生产中采用高 Si/C比 ,根据需要调整碳当量 ,可获得高强度而硬度适当的灰铸铁件 ,从而大大提高了灰铸铁的机械性能。 4　结束语 4.1　 Si/C比值对灰铸铁的强度、硬度都有很大影响。当 CE=3.6%～ 3.8%时 ,Si/C为 0 .75时 ,灰铸铁的抗拉强度和硬度达到最佳。 4.2　采用高 Si/C比 ,可改善灰铸铁的机械性能 ,从而扩大灰铸铁的应用范围。 4.3　当 CE>4.0 %时 ,则不宜采用高 Si/C比硅碳比值对灰铸铁抗拉强度和硬度的影响