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偏析對(duì)球墨鑄鐵組織及性能的影響

2022-4-6  閱讀(560)

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 1.反偏析元素

     硅:Si偏析于奧氏體晶內(nèi)并富集在石墨球附近,擴(kuò)大該處奧氏體的共析轉(zhuǎn)化溫度區(qū)間、促使鐵素體形成。所以普通球墨鑄鐵(非合金球墨鑄鐵)的鑄態(tài)組織大多數(shù)由鑲有鐵素體邊的石墨球+珠光體組成(俗稱(chēng)牛眼組織)。牛眼組織能阻止來(lái)自球墨表面的裂紋擴(kuò)展,提高球墨鑄鐵動(dòng)載荷下的抗力。然而,Si在奧氏體內(nèi)的固溶強(qiáng)化會(huì)引起晶格扭曲,阻礙超彈性應(yīng)力作用下的滑移,當(dāng)Si不均與分布嚴(yán)重時(shí),這種阻礙變得十分突出。此外,硅在石墨球旁的富集使固相轉(zhuǎn)化時(shí)易促使析出二次石墨。由于在硅高的區(qū)域有高的共析轉(zhuǎn)化溫度,故奧氏體固相轉(zhuǎn)化時(shí),易促使該區(qū)域珠光體片變粗。因而,Si的偏析會(huì)給性能帶來(lái)不利影響。

    鎳、銅:NiCuSi都屬于反偏析元素。但與Si不同,它們降低共析轉(zhuǎn)化溫度;另外,Cu還在球墨-基體界面富集,阻礙C的擴(kuò)散。所以CuNi削弱球墨旁因Si高而引起的鐵素體化作用,促進(jìn)珠光體形成。在高Ni無(wú)Cr球墨鑄鐵中,Ni在共晶晶粒周界處的貧化和Mn的富集,使高Ni球墨鑄鐵的韌性和強(qiáng)度全面降低。

    2.正偏析元素

    錳:Mn在共晶團(tuán)晶界富集。由于球墨鑄鐵的S含量低,少量的Mn立即顯示出偏析的負(fù)面影響,故球墨鑄鐵中允許的Mn含量相對(duì)比灰鑄鐵要低。Mn雖可減少球墨鑄鐵中的鐵素體,但由于在石墨旁貧化,所以對(duì)克服球墨鑄鐵的牛眼組織作用有限。MnLTF區(qū)偏析易使此區(qū)域奧氏體穩(wěn)定,等溫淬火后形成高碳馬氏體+殘余奧氏體混合組織,大大惡化ADI球墨鑄鐵的塑性及韌性。在珠光體及鐵素體型球墨鑄鐵中,MnCr的偏析導(dǎo)致韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度升高,容易引起脆性斷裂,截面越大越嚴(yán)重。

    鉻:Cr偏析比Mn強(qiáng)烈,易形成晶間碳化物,降低動(dòng)載荷性能,提高縮松傾向。

    釩:VCr形成碳化物的傾向更大。碳化釩除單獨(dú)存在外,,還與碳化鐵形成共晶體或固溶體。

    鈦:TiC易形成TiCTiC熔點(diǎn)3180℃,以孤立塊狀形態(tài)存在。當(dāng)溶液中存在CN時(shí),TiCN更易形成化合物TiCTiN。當(dāng)形成針狀Mo-Ti-V晶間復(fù)合碳化物時(shí),會(huì)削弱力學(xué)性能。同時(shí),TiCTiN是高硬度相,對(duì)切削加工會(huì)產(chǎn)生不良影響。

    鉬:Mo是富集于LTF區(qū)的強(qiáng)偏析元素。形成的晶間組織并不是簡(jiǎn)單的碳化物,而是復(fù)雜的合金化合物。當(dāng)P含量偏高時(shí),晶間組織中會(huì)出現(xiàn)Fe-Mo-P化合物,Mo在晶界易形成鉬硅化合物,這些組織會(huì)明顯降低動(dòng)載荷性能,還增加微觀縮孔。

    為了克服偏析元素對(duì)組織和性能的不利影響,可同時(shí)添加正、反偏析元素以抵消彼此的負(fù)面作用,獲得人們希望的均勻組織。

    3.磷硫及低熔點(diǎn)元素

    磷:P不是促進(jìn)碳化物形成元素,但顯示出征偏析特性,以磷化鐵的形式組成低熔點(diǎn)三元磷共晶在LTF區(qū)共晶界上,降低鑄態(tài)球墨鑄鐵的強(qiáng)度和韌性。同時(shí)P還同時(shí)偏析到奧氏體晶粒的亞晶界,使亞晶粒界面塑性明顯小于晶內(nèi),增大球墨鑄鐵的回火脆性?xún)A向。

    硫:S在球墨鑄鐵中含量不高,多以硫化物形式存在,固溶態(tài)的硫含量極低。硫化物多存在于核心,有利于石墨核心的形成。

錫、銻:低熔點(diǎn)元素SnSb吸附在石墨/金屬界面上,形成阻礙碳原子向石墨球擴(kuò)散的薄層,阻止鐵素體的產(chǎn)生。由于是通過(guò)薄層阻礙碳擴(kuò)散,所以SnSb促進(jìn)珠光體的能力比CuNi強(qiáng)。過(guò)量的SnSb偏析于最后凝固的液體,形成晶間化合物,導(dǎo)致強(qiáng)度和韌性均下降。(轉(zhuǎn)載于鑄造微課堂)

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