為了滿足汽車日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)以及降低氣缸套生產(chǎn)成本,研發(fā)了高錳（wMn=2.0%）和低錳（wMn=0.2%）兩種鉬鈮微合金化珠光體灰鑄鐵,對比探討了它們的微觀組織、力學(xué)性能和切削加工性能。結(jié)果表明,低錳灰鑄鐵為A型石墨,珠光體片層間距較大（0.43μm）,抗拉強(qiáng)度和布氏硬度分別達(dá)到404 MPa、HBW275;對比低錳灰鑄鐵,高錳灰鑄鐵的石墨形態(tài)更加細(xì)小致密,珠光體片層間距縮小58%（0.18μm）,強(qiáng)度與硬度分別增長13%和25%（458 MPa、HBW345）。在相同切削條件下,對比貝氏體灰鑄鐵而言,低錳灰鑄鐵的切削抗力和切屑形貌與之相近,而高錳灰鑄鐵的切削抗力和切屑尺寸相對較大,材料加工性略差。從綜合性能上考慮,成本更低的珠光體灰鑄鐵完全可以替代貝氏體灰鑄鐵成為氣缸套首選材料。 

【文章來源】：鑄造. 2020,69(06)北大核心

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【部分圖文】：

氣缸套在不同切削深度情況下的切削力

圖3 氣缸套在不同切削深度情況下的切削力綜合以上分析，采用鉬鈮微合金化生產(chǎn)的高強(qiáng)度珠光體灰鑄鐵具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在合金原料以及加工成本兩方面。兩組珠光體灰鑄鐵在保證抗拉強(qiáng)度≥400 MPa，硬度HBW≥270技術(shù)要求情況下，僅添加總含量不超過0.5%Mo和Nb兩種貴重的合金元素，大大降低了材料生產(chǎn)成本，同時低錳灰鑄鐵的加工性與貝氏體灰鑄鐵處于同一水平，保障了材料的加工成本，而高錳灰鑄鐵雖然加工性略有下降，但其力學(xué)性能提升明顯，帶來的利益足以彌補不足之處，前景十分可觀。

灰鑄鐵在結(jié)晶過程中，約有80%的碳以片狀石墨的形式析出，對材料性能影響很大。圖1為三組試樣的石墨形貌，如圖所示三組試樣均為A型石墨，其中圖1a貝氏體試樣的石墨分布較為密集，石墨片比較粗大，數(shù)量較多（石墨面積百分比為10.3%）。對比前者，圖1b和圖1c中石墨數(shù)量略有減少，分別為7.9%、8.9%，其中圖1b低錳灰鑄鐵中石墨片比較細(xì)小平直，分布較為疏散均勻，對基體的切割作用小。而圖1c高錳灰鑄鐵中石墨片相對細(xì)小彎曲，分布均勻無序。由此可見，灰鑄鐵經(jīng)Mo、Nb元素微合金化后，石墨形貌有所改善。這是因為鉬是反石墨化元素，對石墨生成有阻礙作用，可減少并細(xì)化石墨；而鈮雖然是中性元素，對石墨生長影響不大，但卻能細(xì)化石墨[11]。對比低錳灰鑄鐵，高錳灰鑄鐵中石墨片之所以更加細(xì)小彎曲，是因為錳是阻礙石墨化元素，它能溶于鐵素體和滲碳體中，穩(wěn)定碳化物，當(dāng)錳含量增至2.0%時，更多的錳元素將會與硫化合反應(yīng)生成MnS硬質(zhì)微粒，這不僅抵消了硫元素對石墨生長的不利因素，生成的硫化物還可能成為石墨的形核基質(zhì)，從而促進(jìn)石墨均勻形核、長大，生成更多細(xì)小彎曲且分布均勻的石墨片。鉬、鈮元素除了細(xì)化石墨以外，還可以穩(wěn)定和細(xì)化珠光體。珠光體是鐵素體和滲碳體組成的共析體，可把它看似在鐵素體中加入許多硬而脆的滲碳體片，起到第二相強(qiáng)化的作用，因此珠光體的力學(xué)性能主要取決于其片層間距，既一片鐵素體與一片滲碳體的厚度之和[12]。如圖2所示，兩組試樣的基體組織均為珠光體，分布較為均勻，含量≥95%。其中圖2a中珠光體平均片層間距約為0.43μm，與之相比，圖2b中珠光體平均片層間距縮小58%(0.18μm）。由此可見，錳含量對珠光體分散度影響較大。這是由于錳是阻礙石墨化元素，可通過控制石墨化過程改變鑄鐵的組織與性能，當(dāng)錳含量增加時，在共晶至共析轉(zhuǎn)變中由奧氏體析出的二次石墨將會減少，這將促進(jìn)珠光體形成，使珠光體組織更加穩(wěn)定，分布更加致密。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：2989904