锰铁孕育对高碳当量灰铸铁组织与性能的影响

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1、山东建筑大学硕士学位论文摘要灰铸铁作为一种广泛应用的结构材料，历史悠久，具有好的减震性、耐磨性，以及优良的切削加工性和铸造工艺性。同时，与其它合金相比具有熔点低、成本低廉、生产设施和成型过程简单等优越性。所以，长期以来灰铸铁在铸铁件中所占的比重非常大。我国机械、汽车和建筑作为支柱产业，为灰铸铁行业的发展提供了极好的机遇。由于灰铸铁的力学性能相对较低，所以一段时间以来受到焊接件、冲压件、球(蠕)墨铸铁、有色金属和塑料等材料的强有力竞争，需求量呈下降趋势。但是，迄今为止，汽车上的某些工件(如制动鼓、刹车盘)的选材仍然非灰铸铁莫属。所以，人们不得不再对灰铸铁进行研究，以求进

2、一步提高它的强度。长期以来，国内外汽车生产商一般采用低的碳当量(CE=3．8％左右)来得到较高强度的灰铸铁。而低碳当量灰铸铁的白口倾向、热裂倾向以及收缩倾向都比较严重，铸造性能差。高碳当量灰铸铁，是指碳当量在共晶点附近(CE：3．9％～4．2％)的灰铸铁。高的碳当量使这类灰铸铁拥有更好的铸造工艺性能，但通常也降低了它的强度。因此，如何在采用高碳当量维持铸铁铸造性能的同时，又设法提高高碳当量灰铸铁的强度成了当前灰铸铁研究及生产领域一个较活跃的课题。在诸多合金元素中，锰对改善铁碳合金性能具有良好的作用已经得到共识。但以往人们对含锰铸铁的研究是在合金铸铁的基础上的研究，即锰

3、含量比较大，而在高碳当量灰铸铁中锰的含量比较低。在这种情况下，如何使高碳当量灰铸铁在保持良好铸造性能的同时，力学性能有所提高，还没有人进行系统的研究。本研究将锰铁以孕育的方式在炉前加入，在不增加锰元素含量的情况下，得到经过不同量锰铁孕育的高碳当量灰铸铁。并采用光学显微镜、扫描电镜和X射线等手段对高碳当量灰铸铁的共晶团、石墨、珠光体和初生奥氏体进行研究，探讨了其力学性能提高机理。研究发现，随着锰铁炉前加入量的增大，提高了石墨晶核的数量，而共晶团的形成及生长是以石墨晶核为核心向四周发展的，所以共晶团数量也随之增加，尺寸减小。经过锰铁处理的高碳当量灰铸铁的初生奥氏体枝晶均为

4、发达的等轴枝晶，数量明显增多。枝晶由核心向外分枝生长，二次晶臂非常发达，且臂间距小，可形成等轴网络框架。初生奥氏体枝晶二次臂间距的减小及数量的增多，致使分割程度的增大和共晶凝固空间的山东建筑大学硕士学位论文缩小，石墨的横向生长相应受到限制，细化和弯曲程度提高。另外，锰铁加入后，锰元素的分布减小了铁素体片的厚度，加快了共析转变的速度，结果导致珠光体的片间距减小。当锰铁加入量为0．5％时，高碳当量灰铸铁组织上的上述变化最大，此时抗拉强度达到230MPa，硬度为HB215，分别比不孕育时提高了39MPa和HB32。研究结果表明，将锰铁以孕育的方式在炉前加入，不仅改善了高碳当

5、量灰铸铁的力学性能，而且没有使它良好的铸造性能受到损害。与用合金化的方法提高灰铸铁强度相比，节省了金属资源，降低了投资成本，因此，具有可观的经济效益和社会效益。关键词：锰，高碳当量灰铸铁，石墨，珠光体，力学性能II山东建筑大学硕士学位论文EffectofFerromanganeseInoculationonMatrixStructureandPropertiesofHighCarbonEquivalentGrayCastIronZhangDawei(Materialprocessingengineering)DirectedbyChuFuminABSTRACTTheh

6、istoryofgraycastironwhichisbeingwidelyusedasstructurematerialisverylong．Thegraycastironhasthepropertiesofgoodshockabsorption,wearresistance，goodmachiningqualityandcastability．Meanwhile，ithassomesuperioritysuchaslowmeltingtemperature，lowproduction-cost，simpleproductionequipmentandmolding

7、process．So，theproportionofgraycastironinironcastingsisveryhuge．Asthepillarindustries，machinery,automobileandconstructionprovideextremelygoodopportunityforgraycastiron．Butthemechanicalpropertiesof伊aycastironiscomparativelylow,SOitiscompetedpowerfullybytheweldment，thestampingpart