钼铌微合金化灰铸铁材料的研制及其性能研究
发布时间：2021-01-20 22:30
为了满足汽车日益严格的排放标准以及降低气缸套生产成本,研发了高锰（wMn=2.0%）和低锰（wMn=0.2%）两种钼铌微合金化珠光体灰铸铁,对比探讨了它们的微观组织、力学性能和切削加工性能。结果表明,低锰灰铸铁为A型石墨,珠光体片层间距较大（0.43μm）,抗拉强度和布氏硬度分别达到404 MPa、HBW275;对比低锰灰铸铁,高锰灰铸铁的石墨形态更加细小致密,珠光体片层间距缩小58%（0.18μm）,强度与硬度分别增长13%和25%（458 MPa、HBW345）。在相同切削条件下,对比贝氏体灰铸铁而言,低锰灰铸铁的切削抗力和切屑形貌与之相近,而高锰灰铸铁的切削抗力和切屑尺寸相对较大,材料加工性略差。从综合性能上考虑,成本更低的珠光体灰铸铁完全可以替代贝氏体灰铸铁成为气缸套首选材料。
【文章来源】：铸造. 2020,69(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
气缸套在不同切削深度情况下的切削力
图3 气缸套在不同切削深度情况下的切削力综合以上分析，采用钼铌微合金化生产的高强度珠光体灰铸铁具有十分明显的经济效益，主要体现在合金原料以及加工成本两方面。两组珠光体灰铸铁在保证抗拉强度≥400 MPa，硬度HBW≥270技术要求情况下，仅添加总含量不超过0.5%Mo和Nb两种贵重的合金元素，大大降低了材料生产成本，同时低锰灰铸铁的加工性与贝氏体灰铸铁处于同一水平，保障了材料的加工成本，而高锰灰铸铁虽然加工性略有下降，但其力学性能提升明显，带来的利益足以弥补不足之处，前景十分可观。
灰铸铁在结晶过程中，约有80%的碳以片状石墨的形式析出，对材料性能影响很大。图1为三组试样的石墨形貌，如图所示三组试样均为A型石墨，其中图1a贝氏体试样的石墨分布较为密集，石墨片比较粗大，数量较多（石墨面积百分比为10.3%）。对比前者，图1b和图1c中石墨数量略有减少，分别为7.9%、8.9%，其中图1b低锰灰铸铁中石墨片比较细小平直，分布较为疏散均匀，对基体的切割作用小。而图1c高锰灰铸铁中石墨片相对细小弯曲，分布均匀无序。由此可见，灰铸铁经Mo、Nb元素微合金化后，石墨形貌有所改善。这是因为钼是反石墨化元素，对石墨生成有阻碍作用，可减少并细化石墨；而铌虽然是中性元素，对石墨生长影响不大，但却能细化石墨[11]。对比低锰灰铸铁，高锰灰铸铁中石墨片之所以更加细小弯曲，是因为锰是阻碍石墨化元素，它能溶于铁素体和渗碳体中，稳定碳化物，当锰含量增至2.0%时，更多的锰元素将会与硫化合反应生成MnS硬质微粒，这不仅抵消了硫元素对石墨生长的不利因素，生成的硫化物还可能成为石墨的形核基质，从而促进石墨均匀形核、长大，生成更多细小弯曲且分布均匀的石墨片。钼、铌元素除了细化石墨以外，还可以稳定和细化珠光体。珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体，可把它看似在铁素体中加入许多硬而脆的渗碳体片，起到第二相强化的作用，因此珠光体的力学性能主要取决于其片层间距，既一片铁素体与一片渗碳体的厚度之和[12]。如图2所示，两组试样的基体组织均为珠光体，分布较为均匀，含量≥95%。其中图2a中珠光体平均片层间距约为0.43μm，与之相比，图2b中珠光体平均片层间距缩小58%(0.18μm）。由此可见，锰含量对珠光体分散度影响较大。这是由于锰是阻碍石墨化元素，可通过控制石墨化过程改变铸铁的组织与性能，当锰含量增加时，在共晶至共析转变中由奥氏体析出的二次石墨将会减少，这将促进珠光体形成，使珠光体组织更加稳定，分布更加致密。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳当量对合成铸铁力学性能的影响[J]. 曹琨,赵子文,祁庆花,马升,胡克潮,曹拥军. 铸造. 2019(11)
[2]一种珠光体高强度灰铸铁气缸套材料[J]. 赵记霞,卢琼,方东淼. 内燃机与配件. 2018(21)
[3]ISO 185:2005《灰铸铁》国际标准解读[J]. 张寅. 铸造. 2016(07)
[4]铬钼铜合金灰铸铁气缸套的铸造工艺及力学性能研究[J]. 王有超,黄帅,历长云,米国发. 热加工工艺. 2016(05)
[5]车削测力仪在机标定的标定装置及标定方法[J]. 王宇飞,任凤章,张旦闻,吴锐,黄胜操. 计量学报. 2015 (06)
[6]预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,任维彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[7]发动机缸体用高强度灰铸铁切削加工性能研究[J]. 王宇飞,任凤章,黄胜操. 铸造. 2015(01)
[8]材料加工性能评价中的切削力测量问题的实验研究[J]. 任凤章,张旦闻,吴锐,王宇飞,孙娟,魏世忠. 材料热处理学报. 2014(S1)
[9]灰铸铁合金化及加工性能研究[J]. 肖丽丽,任凤章,王宇飞,李锋军,张旦闻,吴锐,孙娟. 铸造. 2011(07)
[10]原料配比对球墨铸铁珠光体片层间距及硬度的影响[J]. 赵岩. 铸造. 2011(04)
博士论文
[1]铌在高碳当量灰铸铁中的作用及在制动盘生产中的应用[D]. 周文彬.上海大学 2010
本文编号：2989904
【文章来源】：铸造. 2020,69(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
气缸套在不同切削深度情况下的切削力
图3 气缸套在不同切削深度情况下的切削力综合以上分析，采用钼铌微合金化生产的高强度珠光体灰铸铁具有十分明显的经济效益，主要体现在合金原料以及加工成本两方面。两组珠光体灰铸铁在保证抗拉强度≥400 MPa，硬度HBW≥270技术要求情况下，仅添加总含量不超过0.5%Mo和Nb两种贵重的合金元素，大大降低了材料生产成本，同时低锰灰铸铁的加工性与贝氏体灰铸铁处于同一水平，保障了材料的加工成本，而高锰灰铸铁虽然加工性略有下降，但其力学性能提升明显，带来的利益足以弥补不足之处，前景十分可观。
灰铸铁在结晶过程中，约有80%的碳以片状石墨的形式析出，对材料性能影响很大。图1为三组试样的石墨形貌，如图所示三组试样均为A型石墨，其中图1a贝氏体试样的石墨分布较为密集，石墨片比较粗大，数量较多（石墨面积百分比为10.3%）。对比前者，图1b和图1c中石墨数量略有减少，分别为7.9%、8.9%，其中图1b低锰灰铸铁中石墨片比较细小平直，分布较为疏散均匀，对基体的切割作用小。而图1c高锰灰铸铁中石墨片相对细小弯曲，分布均匀无序。由此可见，灰铸铁经Mo、Nb元素微合金化后，石墨形貌有所改善。这是因为钼是反石墨化元素，对石墨生成有阻碍作用，可减少并细化石墨；而铌虽然是中性元素，对石墨生长影响不大，但却能细化石墨[11]。对比低锰灰铸铁，高锰灰铸铁中石墨片之所以更加细小弯曲，是因为锰是阻碍石墨化元素，它能溶于铁素体和渗碳体中，稳定碳化物，当锰含量增至2.0%时，更多的锰元素将会与硫化合反应生成MnS硬质微粒，这不仅抵消了硫元素对石墨生长的不利因素，生成的硫化物还可能成为石墨的形核基质，从而促进石墨均匀形核、长大，生成更多细小弯曲且分布均匀的石墨片。钼、铌元素除了细化石墨以外，还可以稳定和细化珠光体。珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体，可把它看似在铁素体中加入许多硬而脆的渗碳体片，起到第二相强化的作用，因此珠光体的力学性能主要取决于其片层间距，既一片铁素体与一片渗碳体的厚度之和[12]。如图2所示，两组试样的基体组织均为珠光体，分布较为均匀，含量≥95%。其中图2a中珠光体平均片层间距约为0.43μm，与之相比，图2b中珠光体平均片层间距缩小58%(0.18μm）。由此可见，锰含量对珠光体分散度影响较大。这是由于锰是阻碍石墨化元素，可通过控制石墨化过程改变铸铁的组织与性能，当锰含量增加时，在共晶至共析转变中由奥氏体析出的二次石墨将会减少，这将促进珠光体形成，使珠光体组织更加稳定，分布更加致密。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳当量对合成铸铁力学性能的影响[J]. 曹琨,赵子文,祁庆花,马升,胡克潮,曹拥军. 铸造. 2019(11)
[2]一种珠光体高强度灰铸铁气缸套材料[J]. 赵记霞,卢琼,方东淼. 内燃机与配件. 2018(21)
[3]ISO 185:2005《灰铸铁》国际标准解读[J]. 张寅. 铸造. 2016(07)
[4]铬钼铜合金灰铸铁气缸套的铸造工艺及力学性能研究[J]. 王有超,黄帅,历长云,米国发. 热加工工艺. 2016(05)
[5]车削测力仪在机标定的标定装置及标定方法[J]. 王宇飞,任凤章,张旦闻,吴锐,黄胜操. 计量学报. 2015 (06)
[6]预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,任维彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[7]发动机缸体用高强度灰铸铁切削加工性能研究[J]. 王宇飞,任凤章,黄胜操. 铸造. 2015(01)
[8]材料加工性能评价中的切削力测量问题的实验研究[J]. 任凤章,张旦闻,吴锐,王宇飞,孙娟,魏世忠. 材料热处理学报. 2014(S1)
[9]灰铸铁合金化及加工性能研究[J]. 肖丽丽,任凤章,王宇飞,李锋军,张旦闻,吴锐,孙娟. 铸造. 2011(07)
[10]原料配比对球墨铸铁珠光体片层间距及硬度的影响[J]. 赵岩. 铸造. 2011(04)
博士论文
[1]铌在高碳当量灰铸铁中的作用及在制动盘生产中的应用[D]. 周文彬.上海大学 2010
本文编号：2989904
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