鉻對高蠕化率中硅鉬蠕鐵組織和高溫抗拉強度的影響

解騏鳴，曲迎東，高民強，李廣龍(沈陽工業大學，沈陽 110870)

?

鉻對高蠕化率中硅鉬蠕鐵組織和高溫抗拉強度的影響

解騏鳴，曲迎東，高民強，李廣龍
(沈陽工業大學，沈陽 110870)

摘要：高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄鐵在急冷條件下的耐熱疲勞性能優良，但高溫抗拉強度較低，通過在高蠕化率中硅鉬蠕鐵中添加鉻，研究鉻對高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄鐵的 高溫抗拉強度的影響。研究結果表明，隨鉻加量的增加，導致珠光體和碳化物的含量增加，使基體在共析轉變過程中析出的石墨量減少，導致基體中蠕蟲狀石墨量減少，在800 ℃條件下的抗拉強度得到 明顯的提升。含鉻量0.71%的中硅鉬蠕鐵抗拉強度比不含鉻的普通 中硅鉬蠕鐵提升了12%。鉻含量的增加，使鉻在鐵液凝固過程中形成的偏析量增加，促進碳化物形成，同時在碳化物周圍鉻的富集區增加，珠光體和碳化物并存出現。

關鍵詞：中硅鉬蠕鐵；鉻；高溫抗拉強度

稿件編號:1511-1138

0 前言

中硅鉬蠕墨鑄鐵作為一種常見的耐熱蠕墨鑄鐵材料在汽車領域有廣泛應用，是汽車發動機排氣歧管的理想材料[1]。常規中硅鉬蠕墨鑄鐵蠕化率控制在50%左右，其具有一定的耐熱疲勞性能及優良的抗氧化性能，可以使其在800 ℃的工作環境中長時間工作[2-3]，但其在高溫急冷條件下的耐熱疲勞性能較低，而高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄鐵在急冷條件下的耐熱疲勞性能較好[4-5]，但蠕化率的增高，導致中硅鉬蠕墨鑄鐵高溫抗拉強度降低。所以如何改善高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄鐵高溫抗拉強度是本次研究的重點。本文通過在高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄鐵中添加鉻元素來改善其高溫抗拉強度[6]，并結合基體組織變化，分析鉻對高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄鐵高溫抗拉強度的影響[7]。

1 成分與工藝

1.1 成分

中硅鉬耐熱蠕鐵排氣歧管的成分如表1所示，Cr的添加明顯增加鑄鐵白口傾向，所以鉻的添加要適量，因此Cr的添加控制在0.40%~0.70%。本文根據蠕鐵中鉻元素含量的不同分成3種，這3種方案的化學成分檢查結果如表2所示。

表1 中硅鉬耐熱蠕鐵排氣歧管成分

表2 3種方案的化學成分

1.2 蠕化工藝

實驗采用50 kg中頻爐熔化生鐵、廢鋼，待其溶化完全后在1 300 ℃左右加入鉬鐵、鉻鐵、硅鐵。蠕化劑采用稀土鎂鈣蠕化劑，蠕化劑加入量為0.45%~0.50%，采用75SiFe孕育劑孕育，孕育劑加入量為0.4%，出鐵溫度控制在1 500~1 550 ℃之間，澆注溫度控制在為1 380~1 450 ℃，蠕化處理采用堤壩式包底沖入法,孕育劑要均勻鋪滿蠕化劑表面。

2 試驗結果與分析

2.1 金相組織

圖1所示是3種方案的金相組織。從圖中可以看出蠕化率均控制在95%以上，蠕化效果良好，蠕化工藝穩定。對比3組組織圖，可以看出隨Cr的添加量的增加，蠕化率不 發生變化，蠕蟲狀石墨含量減少。說明Cr的添加阻礙石墨化進程，使含鉻量0.71%的高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄鐵組織中蠕蟲狀石墨含量最小。對比3組基體圖,可以看出含鉻量0.71%的高蠕化率中硅鉬蠕墨鑄基體中主要全部以鐵素體為主,珠光體含量最 低僅占基體的5%，并且基體內碳化物量也最低，隨Cr的添加，基體中珠光體和碳化物明顯增加，加 入0.71%的Cr后，基體組織中珠光體和碳化物比例最高占基體的15%，說明鉻元素的添加具有促進珠光體與碳化物的形成。

圖1 不同含鉻量的中硅鉬蠕鐵組織基體圖

如圖2所示為3種不同含鉻量的中硅鉬蠕鐵碳化物與珠光體組織圖，隨鉻添加量的增加，珠光體與碳化物含量增加的同時，碳化物形態也隨之改變，碳化物長大，碳化物分支增多，碳化物分布范圍增加，同時珠光體均勻包圍在碳化物周圍，珠光體的分布形態與碳化物類似。

圖2 不同含鉻量的中硅鉬蠕鐵中碳化物與珠光體組織圖

如圖3所示為碳化物和珠光體能譜，碳化物和珠光體中鉻含量較多，同時鉻在鐵液凝固過程中發生正偏析。鉻含量的增加，使鉻的偏析量增多，導致碳化物增多，同時在碳化物周圍鉻的富集區增加，使珠光體含量增加，碳化物的分布決定了鉻富集區的分布，所以兩者并存出現，分布形態相似。

2.2 高溫力學性能

如表3所示為3種蠕鐵，在800 ℃條件下，隨鉻含量的增加，高溫抗拉強度明顯提升，含鉻量0.71%的中硅鉬抗拉強度比不添加Cr的普通中硅鉬蠕鐵提升了12%，說明鉻的添加可以有效的提高高蠕化率中硅鉬蠕鐵高溫抗拉強度。

3 結論

（1）在制備出的3種蠕化率95%的中硅鉬鉻蠕鐵中，隨Cr含量的增加，導致碳化物和珠光體含量增加，使基體在共析轉變過程中析出的石墨量減少，使基體中蠕蟲狀石墨量減少。

表3 高溫力學性能

圖3 基體組織能譜

（2）在800 ℃條件下，隨鉻含量的增加，高溫抗拉強度明顯提升，含鉻量0.71%的中硅鉬抗拉強度比不含鉻的普通中硅鉬蠕鐵提升了12%。

（3）鉻含量的增加，使鉻在鐵液凝固過程中形成的偏析量增加，促進碳化物形成，同時在碳化物周圍鉻的富集區增加，珠光體和碳化物并存出現。

參考文獻

[1] 金永錫.中硅鉬耐熱蠕墨鑄鐵排氣歧管材質和工藝探討[J].鑄造,2006 (12):1238-1244.

[2] 吳明海,楊士浩.中硅鉬耐熱蠕墨鑄鐵性能的研究[J].鑄造技術,1990 (01):18-21.

[3] 曾圣湖,魏結練,武炳煥.GJV SiMo4.5-0.6蠕墨鑄鐵排氣管的生產工藝[J].鑄造,2008 (02):160-162.

[4] 李秀真,于化順.中硅耐熱蠕墨鑄鐵的研究及應用[J].鑄造,1997 (2):18-20.

[5] Shao S, Steve D, Lampic M.The mechanical and physical properties of Compacted Graphite Iron[J].Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik, 1998, 29(8):397-411.

[6] Gumienny G, Dondzbach M, Kacprzyk B.Effect of Chromium on the Solidification Process and Microstructure of Vermicular Graphite Cast Iron[J].Archives of Foundry Engineering, 2015, 15(3):29-34.

[7] 邱漢泉， 陳正德.中國蠕墨鑄鐵40年[J].中國鑄造裝備與技術,2006(1).

Effect of chromium on the microstructure and high temperature tensile strength of medium silicon-molybdenum vermicular iron with high creep rate

XIE QiMing, QU YingDong, GAO MinQiang, LI GuangLong
(Shenyang University of Technology，Shenyang 110870,Liaoning,China)

Abstract:Medium silicon-molybdenum vermicular iron with high creep rate has good thermal fatigue performance under the condition of rapid cooling, but the high temperature tensile strength is low.Some experiments were conducted to research the effect of chromium on the high temperature tensile strength of medium silicon-molybdenum vermicular iron with high creep rate through adding chromium to medium siliconmolybdenum vermicular iron with high creep rate in this paper.The results show that the graphite content in the medium silicon-molybdenum vermicular iron decreases.With the increase of chromium content, the pearlite and carbide content increases.Cr plays a role in strengthening the matrix, meanwhile carbide also slows the softening of materials at high temperatures.The tensile strength at 800 ℃ increases signifi cantly, and the tensile strength of medium silicon-molybdenum vermicular iron by adding 0.71% Cr is improved 12% than that of ordinary medium silicon-molybdenum vermicular iron.With the increase of chromium content, chromium segregation amount increases in the process of iron liquid solidifi cation, which promotes carbide formation.At the same time, the area of the chromium enrichment increases.

Keywords：medium silicon-molybdenum vermicular iron; chromium; mechanical properties

中圖分類號：TG143.49；

文獻標識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）03-0024-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.007

基金項目：國家自然科學基金資助項目（51274142）；沈陽市科技攻關項目（F13-036-2-00）

收稿日期:2015-11-27

作者簡介：解騏鳴（1990—），男,在讀碩士，從事鑄造合金中硅鉬蠕墨鑄鐵與石墨畸變領域的研究工作；通信聯系人：曲迎東，博士生導師.