新型高性能高硅鑄鐵的組織與性能研究*

張亞祥，劉俊釗，蹇 樂，段望春，張 興，張得儉

(甘肅省機械科學研究院，甘肅蘭州 730030)

0 引言

高硅鑄鐵具有優良的耐腐蝕性能，特別適用于制作承受載荷下與各種強腐蝕介質接觸的部件［1］，如各種離心泵、閥類、旋塞、管道配件、塔罐、低壓容器及各種非標準零部件，也可用于制造外加電流陰極保護用的輔助陽極鑄件［2－4］，但這種材料強度低、硬度高、脆性大，導致加工性能差，限制了它的使用范圍［5］。通過添加稀土元素鈰、保溫處理方式，改善高硅鑄鐵組織和性能。

1 試驗過程及試樣制備

以自主設計的高性能高硅鑄鐵材料為研究對象，添加不同含量的稀土元素鈰，其成分如表1。所有試樣均在800℃保溫30 min出爐，室溫自然冷卻。

表1 新型高硅鑄鐵材料各試樣成分

2 試驗結果及分析

2．1 金相分析

3組金相試樣規格均為:15 mm×15 mm×10 mm，對各試樣進行拋光處理后采用自制的硝酸酒精腐蝕液，侵蝕5 s，清洗后運用光學顯微鏡對試樣進行觀察分析，所得結果如圖1所示。

圖1 高硅鑄鐵金相組織照片

由圖1可知，當添加稀土含量為1．0%時，材料金相組織致密、晶粒細小，組織明顯優于成分1、成分3試樣。可見，適當的稀土含量可明顯改善材料的組織結構。

2．2 沖擊韌度分析

采用JB－300B沖擊試驗機，對材料的沖擊韌度進行試驗，試樣尺寸如圖2所示。

圖2 試樣尺寸/mm

每組成分采用5根試樣進行試驗，取其平均值后，所得結果如表2所列。

表2 沖擊韌度結果

由表2可知，當添加稀土含量為1．0%時，材料的沖擊韌度最高，其值為:1．3 J/cm2。

2．3 抗彎強度和撓度分析

抗彎強度測試在CTM9100微機控制電子萬能試驗機上進行，測試的試樣規格為:3 mm×4 mm×40 mm。采用三點彎曲法測量，跨距為30 mm，加載速率為0．5 mm/min。每組測試3根試樣，然后取平均值，所得結果如表3所列。

表3 抗彎強度和撓度測試數據

由表3可知，當添加稀土含量為1．0%時，試樣的抗彎強度為174 MPa、撓度為1．4 m。

3 結論

綜上所述，經添加稀土元素鈰、保溫處理方式，改善了高硅鑄鐵組織和性能，當添加稀土含量為1．0%時，材料金相組織致密、晶粒細小;沖擊韌度為1．3 J/cm2;抗彎強度為174 MPa，撓度為1．4 mm。

［1］ 李具倉，李志思，趙愛民，等．高硅鑄鐵的研究［J］．鑄造．2004，53(12):1028－1030．

［2］ 李具倉，趙愛民，胡玉亭．Cu對高硅鐵基合金組織和耐蝕性能的影響［J］．鑄造技術．2005，26(6):470 －473．

［3］ Brian J，Saldanha，Michael A Stretcher．Effect of Silicon On the Corrosion Resistance of Iron in Sulfuric Acid［J］．National Association of Corrosion Engineers，1986(1):37 －43．

［4］ 化學工業部化工機械研究院．耐蝕金屬材料及防蝕技術［M］．北京:化學工業出版社，1990．

［5］ 中國機械工程學會鑄造專業學會．鑄造手冊(鑄鐵分冊)［M］．北京:機械工業出版社，2000．