21-144 Cu、Sb对球墨铸铁微观组织及性能的影响

球墨铸铁的微观组织对其性能有着决定性的影响。使用合金化元素改变球墨铸铁的成分和微观组织来提高其常温机械性能、高温抗氧化性能及耐磨性能足提高球墨铸铁性能的最重要方法。珠光体球墨铸铁具有较高的强度、硬 度 ，并且具有良好的韧性，在机械制造业中的用途日趋广泛。制备珠光体高强度球墨铸铁一般有两种方法：通 过热处理工艺；通过加入合金化元素在铸态下 直接获得珠光体球铁。关于通过热处理T艺获得珠光体球墨铸铁，国内外已开展了大量研究，但是 热处理工艺复杂、耗电、耗力。合金化生产珠光体球墨铸铁一般常用Cu、Mo、Ni、Cr等合金元素，对 四种成分搭配要求严格，且价格较高，对于降低成本，简化工艺不利。因此，本研究选择加入低成本的Cu、Sb元素，通过成分优化，并采用Image-Pro软件定量分析Cu、Sb元素 含量对球墨铸铁微观组织的影响，寻求最佳加入配比，获得球化良好的铸态珠 光体球墨铸铁，满足 中、大型冲压模具材料的性能要求 。

试验用原材料分别为Q10生铁、废钢 、硅铁、锰铁等，Cu、Sb合金元素 的加入量如表所示。

试验合金在12kg碱性中频感应电炉中熔炼，用光学高温计测量温度，铁水 出炉温度为1450℃，浇注温度在1350℃。采用冲入法加入孕育剂和球化剂 ，孕育剂和球化剂分别为质量分数75%Si-Fe和40%稀土镁硅铁 (RE3-Mg8 )。采用光学显微镜观察微观组织，腐蚀前观察石墨球的形态、数量、大小及分 布。用4%硝酸酒精腐蚀后观察球墨铸铁基体组织。采用 Image-Pro软件计算分析球墨铸铁微观组织中石墨球的平均晶粒尺寸和含量及铁素体和珠光体的含量。采用液压式万能力学试验机测试球墨铸铁的抗拉强度。

采用 Image-Pro软件对不同Cu、Sb添加量球墨铸铁微观组织中石墨球晶粒尺寸和含量及铁素体和珠光体含量的定量分析结果见下表。

当不添加Cu、Sb元素 时 ，球墨铸铁微观组织石墨球的平均晶粒尺寸约为18.97μm，含量约为13.65%，铁素体含量约为61.13%，珠光体含量约为25.22%。

当球墨铸铁中只加Cu元素时，随着Cu元素含量的增加，石墨球平均晶粒尺寸，石墨球含量及铁素体含量均逐渐减小，珠光体含量逐渐增加。

当球墨铸铁中Sb含量为0.01%时，随着Cu元素含量的增加，石墨球平均晶粒尺寸，石墨球含量及铁素体含量均逐渐减小，而珠光体含量逐渐增多。

当球墨铸铁中Sb含量为0.02%时，随着Cu元素含量的增加，石墨球平均晶粒尺寸，石墨球含量及铁素体含量均逐渐减小，而珠光体含量逐渐增多。

当球墨铸铁中Cu元素含量为0.25%时，随着Sb元素含量的增加，石墨球平均晶粒尺寸、石墨球含量及铁素体含量均逐渐减小，珠光体含量逐渐增多 。

当球墨铸铁中Cu元素含量为0.5%时，随着Sb元素含量的增加，石墨球平均晶粒尺寸、石墨球含量及铁素体含量均逐渐减小，珠光体含量逐渐增多 。

当球墨铸铁中Cu元素含量为0.75%时，随着Sb元素含量的增加，石墨球平均晶粒尺寸先减小后增加、石墨球含量先减小后增加，铁素体含量均逐渐减小，珠光体含量逐渐增多 。

当Cu元素含量为0.5%，Sb元素含量为0.02%时，球墨铸铁微观组织中石墨球平均晶粒尺寸最小为6.76μm， 珠光体含量最高为93.46%。球墨铸铁具有最高的抗拉强度和硬度，这与微观基体组织的分析结果相吻合。

在普通球墨铸铁中加入Cu和Sb元素后，可显著降低石墨球的晶粒尺寸，提高珠光体含量。当Cu元素加入量为0.5%Sb元素加入量为0.02%时，球墨铸铁微观组织中石墨球的平均晶粒尺寸最小为6.76μm，珠光体含量最高为93.46%，拉伸强度最好为785MPa，硬度 最高为280HB。因此Cu0.5%Sb0.02%为球 墨 铸铁中较佳的合金元素加入量。

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