合成球墨铸铁生产工艺研究

1测试方法

球墨铸铁的显微组织分析采用莱卡DM4000M金相显微镜；抗拉强度和伸长率测试采用WE-30型300KN液压式万能材料拉伸试验机，试验参照GB/T228-2002执行；-20℃冲击性能测试采用CSL-B冲击试样缺口电动拉床、DWC-60A冲击试验低温槽和JB-30B冲击试验机，试验参照GBZ106-80执行。

2试验结果及分析

2.1抗拉强度强度与伸长率分析

不同热处理工艺对球墨铸铁抗拉强度和伸长率的影响如表4所示。经过分段退火处理后的试样的抗拉强度和伸长率均得到不同程度的提高，其中抗拉强度从351.5MPa提高到366.6MPa，提高了4.2%，伸长率从20%提高到21.9%。抗拉强度和伸长率均满足了该厂的技术要求。抗拉强度和伸长率得到改善可能是由于分段退火工艺高温保温时间短，所获得球墨铸铁组织均匀晶粒细小，石墨球分布均匀，从而力学性能较好。

2.2冲击韧性分析

退火工艺对-20℃冲击功的影响不大，经连续退火和分段退火处理后的试样的-20℃冲击功分别为17.7和17.8J/mm2，但两种退火工艺均能满足该厂对-20℃冲击韧性的技术要求。分段退火处理试样的冲击断口形貌如图2所示。可看出，断口表面凸凹不平，部分石墨球在冲击过程中脱落，断口上留下一些空洞，部分石墨球仍留在断面上，形成凸出的石墨圆球。在石墨球及石墨球剥落后留下的凹坑周围，由于铁素体基体的塑性变形，形成网状连接的“撕裂楞”，断口视野上出现大量形状规则、大而深的韧窝，这是典型的韧性断裂断口。由于韧窝大而深，说明试样在断裂之前，基体发生了较大的塑性变形，直至在石墨球周围的基体上形成主裂纹，才发生断裂，该断口属于韧性断裂[5]。

2.3金相分析

球墨铸铁的组织主要由石墨、金属基体和晶间化合物组成。金相分析主要是对石墨和基体进行分析，它们综合影响球墨铸铁的性能。对石墨的形态、大小和分布的观察，是在100倍光学显微镜下对未腐蚀的试样进行，图3(a)所示。对金属基体的分析主要包括基体组成、珠光体和铁素体的数量和分布、渗碳体数量和分布等内容。观察基体组织是在100倍光学显微镜下对腐蚀的试样进行，如图3(b)所示。由图3试样铸态组织金相可知，铸态组织中石墨呈球状和团絮状，球化级别为2级，石墨等级为6级[6]；基体组织为珠光体+铁素体+石墨球+少量渗碳体。经退火处理后的组织如图4所示。可看出，不同的退火工艺对球墨铸铁的组织影响较大。经分段退火处理后，组织中的石墨球虽有少许变化，但差别较小，原来的马氏体和珠光体组织转变为铁素体组织，石墨球等级仍为原来的6级，晶粒大小为30~60μm之间。而经过连续退火工艺处理的金相组织晶粒和石墨球大小急剧增大，且数量减少。这可能是由于连续退火工艺在高温区停留时间(500min左右)过长，导致了奥氏体晶粒的粗化和石墨扩散聚集而长大。

3结论

（1）采用合成法生产的球墨铸铁经分段退火处理后，其力学性能较传统的生产工艺有不同程度的改善，尤其是抗拉强度和伸长率。（2）不同的退火工艺对铸铁的性能有较大影响，由于分段退火较连续退火在高温区停留时间更短，球墨铸铁的组织均匀而细小，石墨呈球状，经该工艺处理的球墨铸铁综合性能较好。故分段退火工艺更适合于球墨铸铁的热处理。

作者：郑兴睿 苑振涛 王永振 单位：昆明理工大学 昆明中铁大型养路机械集团有限公司