厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵黑斑缺陷的控制技術.pdf

1、40多年來，厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵心部的黑斑缺陷一直困擾著國內外科研工作者們。心部黑斑是厚大斷面球鐵中最典型的缺陷，是由于石墨畸變成碎塊狀石墨在宏觀上的表現(xiàn)，對鑄件的性能有惡化作用。為了消除厚大斷面球鐵件中碎塊狀石墨，改善力學性能，鑄造廠家們采用了熱處理和添加合金化元素(Cu、Sb)等方法，并取得了較好的成效，但是制造成本較高。為了提高市場競爭力，在鑄態(tài)下獲得性能優(yōu)異的厚大斷面球鐵件是首選。
　　本論文的主要內容為研究微量元素Bi

2、對厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵石墨形態(tài)和力學性能的影響；分析不同的殘余稀土含量對厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵組織和性能的影響；討論重輕混合稀土鎂球化劑對厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵的影響；采用多功能溫度采集儀，分析厚大斷面鐵素體球墨鑄鐵的共晶凝固冷卻特性曲線，研究球鐵凝固過程；利用光學顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDX)，研究拉伸斷口形貌，從微觀上分析球鐵中石墨球的形態(tài)，異質核心及晶界偏析物的微量元素分布。研究結論如下：
　　(1)尺寸為1

3、80 mm×180 mm×200 mm試樣中，添加0.012wt％Bi可以消除碎塊狀石墨；試樣尺寸為250 mm×250 mm×300 mm時，加Bi只能在一定程度上抑制碎塊狀石墨產生。隨著Bi加入量的增加，其抑制作用呈先增強后減弱的趨勢。當Bi加入量為0.010wt％～0.012wt％時，其抗拉強度達337MPa，伸長率為10.4％，-40℃低溫沖擊功可達到10.5J，綜合性能得到較大改善。適當降低殘余稀土量，即調整RE/Bi加=1.

4、3～1.5，可以進一步抑制碎塊狀石墨和改善綜合力學性能。說明添加微量Bi工藝是一項有效的黑斑缺陷控制技術。另外，添加微量Bi可以抑制球墨鑄鐵組織中珠光體的產生，其試樣的拉伸斷口屬于韌性斷裂，存在大量的等軸韌窩。球墨異質形核核心主要由CeBi和LaBi等高熔點金屬間化合物以及Mg的氧或硫化物組成。
　　(2)采用重輕混合稀土鎂球化劑工藝是一項效果明顯的黑斑缺陷控制技術。當采用相同的重輕稀土球化劑混合比例時，天和D-2重稀土球化劑對碎

5、塊狀石墨的抑制作用要明顯優(yōu)于龍南DY-2重稀土球化劑。當采用同種重稀土球化劑配制混合球化劑時，重、輕稀土球化劑混合比例為4:6時鑄件的組織和性能要明顯優(yōu)于比例為3:7的。說明重輕混合球化劑對碎塊狀石墨的抑制作用會隨著重稀土球化劑比例的增加而增強。球鐵晶界偏析產物可能為磷共晶、Mg的化合物和稀土高熔點化合物的混合物。
　　(3)隨著球鐵試樣的壁厚從70 mm增加到250 mm，結晶溫度區(qū)間從32.1℃增大到59.8℃，結晶冷速從2.

6、74℃/min減小為0.59℃/min，凝固時間從11.7min延長為101.1min，會導球化級別從2級降為3-4級，石墨球大小從6級升為5級，球數(shù)減小，共晶團晶粒少而粗大，石墨形態(tài)畸變，綜合力學性能都逐漸下降，出現(xiàn)碎塊狀石墨后力學性能驟然下降。當試樣壁厚在180 mm以下，結晶時間小于48.2min時，石墨以球形析出并長大，力學性能良好。之后隨壁厚增加，石墨畸變可能性增加。另外，壁厚為70 mm試樣的凝固冷卻曲線上出現(xiàn)明顯的再輝現(xiàn)象