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铬、锰对高碳灰铸铁组织性能影响的研究

孙晓敏  
【摘要】:本课题通过对高碳灰铸铁的化学成分、生产工艺、力学性能和金相组织进行了研究,实验确定了高碳灰铸铁的最佳化学成分和生产工艺。为了提高高碳灰铸铁的力学性能,在实验中分别加入Cr、Mn合金元素,对所得的高碳灰铸铁试样进行了化学成分检测、力学性能测试、金相组织观察和断口形貌的分析。从而找出提高高碳灰铸铁力学性能的途径和方法。 通过实验研究发现,在化学成分方面,含C量为3.7%、含Mn量为0.8%、含Cr量为0.2%的高碳灰铸铁整体的力学性能最好,金相组织最理想。 生产工艺方面,Cr、Mn合金元素采用炉前合金化的方式加入,大大减少元素烧损,减少实验误差,增加实验数据的可靠性。 力学性能方面,随着Mn元素的加入,抗拉强度先增加后又小幅度下降;硬度为先下降后上升。通过对四种不同含碳量试样的比较得出,当含C量3.7%含Mn量0.8%时,力学性能最好,抗拉强度为182MPa,硬度值为185HBS。随着含Cr量的增加,抗拉强度呈波状变化,先增加后又下降接着又小幅度升高最后急剧下降;硬度一直增加。当Cr含量在0.2%时,试样的力学性能最好,抗拉强度为195MPa,硬度值为207HBS。 金相组织方面,Cr、Mn合金元素都有阻碍石墨化的作用,当Mn元素含量为0.6%时,石墨化比较严重,石墨又细又长;当0.8%时,石墨又细又短小,石墨数量比较少,当Mn含量为0.9%-1.0%时,金相组织由A型石墨和D型石墨组成,并且伴随着自由渗碳体的析出;随着Cr元素的加入,石墨组织发生变化,当含Cr量超过0.4%时,金相图片中开始出现D型石墨,并随着Cr含量的增加D型石墨的数量越来越多;当Cr含量大于0.5%时开始析出自由渗碳体,含Cr量为0.8%时自由渗碳体的数量最多。 对高碳灰铸铁断口形貌分析得出,未加入合金元素时,断面呈结晶状,有许多强烈反光的小刻面,基体组织中有许多尖角,属于穿晶断裂;当Mn含量为0.8%时,断口组织相对变得比较均匀、细小,基体组织中尖角相对较少;当Mn含量为0.8%、Cr含量为0.2%时,断口组织最为均匀、细小,而基体组织中的锋利尖角基本上没有。这说明铬、锰合金元素有优化基体组织,控制结晶时晶粒的大小,细化石墨的作用,从而大大降低了石墨对基体的割裂作用,改善了高碳铸铁的力学性能。 研究结果表明,加入Cr、Mn合金元素,既保持了高碳灰铸铁良好的耐磨、减震性能,又能满足力学性能要求,降低生成本,此类铸铁具有可观的经济效益和社会效益,具有很高的实用价值和推广意义


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