铜对蠕墨铸铁蠕化率及热分析曲线特征值的影响.docx

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DOI；10.16410/j.issnl000-8365,2015.S1.022

铜对蠕墨铸铁蠕化率及热分析曲线特征值的影响

侯捷铭，赵雪勃，张林海，刘金海

（河北工业大学材料科学与工程学院天津300132）

摘要；主要研究铜含量对蠕墨铸铁蠕化率及其热分析凝固曲线特征值的影响。

实验结果表明，随着铜含量的增力n,共晶最低温度TEU和共晶最高温度TER呈上升趋势；共晶再辉度呈现变化不明显，蠕化率略有提高。

关键词:

蠕墨铸铁;铜含量；热分析;特征值;蠕化率

中图分类号：

TG251 文献标识码:

A 文章编号：

1000-8365（2015）81-0069-03

EffectofCopperonVermicularGraphitePercentageandCharacteristicValues

ofThermalAnalysisCurvesofCGcastiron

HOUJieming,ZHAOXuebo,LIUJinhai,ZHANGLinhai,LIUJinhai

（SchoolofMaterialsScienceandEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300132,China）

Abstract：

Thispaperstudiestheeffectofcoppercontentoncompactedgraphitepercentageandcharacteristicsofthermalanalysiscurvesincompactedgraphitecastiron.Theresultsshowthatwiththeincreaseofthecoppercontent,thelowesteutectictemperatureTEUandthehighesteutectictemperatureTERrise,andtherecalescenceATrdidnotchangesignificantly,butthecompactedgraphitepercentageincreasedslightly.

Keywords:

compactedgraphitecastiron；copper；tfiennalanalysis；characteristics；compactedgraphite

蠕墨铸铁是一种具有良好综合性能的工程材料,在汽车零部件、炉窑部件、玻璃模具、液压件的应用上有明显的技术和经济效果。

另外，蠕墨铸铁的强度和硬度可以改进发动机缸体尺寸稳定性以减少活塞磨损进而降低耗油星，成为下一代高性能增压发动机材质的首选材料m。

蠕墨铸铁与灰口铸铁相比，抗拉强度提高了约75%,弹性模量增加近40%,疲劳强度几乎是灰口铸铁的2倍口。

但是，对蠕墨铸铁的蠕化率控制较严格，要绝对避免片状石墨的生成，否则力学性能会下降25%~40%,因此，国际标准和2011年的国标规定:

蠕墨铸铁的蠕化率应控制在80%以上叫生产优质的端墨铸铁件，控制蠕化率和避免片状石墨的生成是关键技术。

为此，近年来，人们开展了对蠕墨铸铁蠕化率的炉前在线检测技术研究ix,并研究了影响蠕化率的各种冶金因素气热分析法是预测蠕墨铸铁蠕化率的主要技术之一，它是基于能够准确的测定凝固曲线的特征值。

对于高强度的蠕墨铸铁，通常加入合金元素铜来稳定珠光体。

但是，铜对蠕墨铸铁的蠕化率和热分析曲线特征值的研究较少。

因此,本文主要探讨

收稿日期:

2015-07-18

作者简介：

侯捷铭（1990-）,河北唐山人，在读硕1•.研究方向：

铸铁热分析检测.电话：

15222189029；E-mail：

1161813682@了合金元素铜对高强度蠕墨铸铁的蠕化率及其热分析曲线特征值的影响规律，为基于热分析技术炉前快速预测蠕化率提供理论依据。

1试验方法

试验蠕墨铸铁的化学成分如表1所示。

采用稀土镁合金作为蠕化剂，加入量0.4%。

以SiFe75作为孕育剂,加入量0.3%。

用30kg中频感应电炉中熔炼铁液，蠕化处理采用包底冲入法，出炉温度为1550C,浇注温度为1350〜1370°C,浇注热分析样杯试样，采用自主开发的四通道数据采集系统记录样杯中铁液的凝固曲线，采用自主开发的软件分析曲线的特征值点，并用Imagej软件测得蠕墨铸铁的蠕化率。

■墨铸铁化学成分*（%）

编号

C

Si

Mn

P

S

Cu

Sn

1

3.71

23

0.97

0.030

0.014

0.01

0.05

2

3.69

2.3

0.81

0.031

0.013

0.29

0.05

3

3.74

2.35

0.83

0.031

0.015

0.57

0.05

4

3.78

2.4

0.83

0.031

0.013

0.86

0.05

5

3.71

2.41

0.84

0.03

0.014

1.15

0.05

2试验结果与讨论

铜对蠕墨铸铁蠕化率、蠕虫状石墨数量及摄固

•70•

铸造技术

FOUNDRYTECHNOLOGY

热分析曲线特征值的影响结果如表2所示。

表中TEU为共晶最低温度，TER为共晶回升的最高温度,△!

¥为共晶的再辉度，也即TEU与TER的差值°实验中所得到的特征值由热电偶所测得的微伏值表示。

*2铺对铁■化率、石墨数及热分析曲线特征值的影响

编号

Cu（%）

TEU/jiV

TER/|iV

ATi/jiV蜻化率（％）

石墨数量/

（个/mn?

）

1

0.01

46258

46661

403

88.8

999

2

0.29

46322

46650

328

89.6

1063

3

0S7

46429

46826

397

90.8

1132

4

0.86

46444

46831

387

91.4

1123

5

1.15

46463

46843

380

92.7

1147

2.1铜含■对端墨铸铁蝠化率的影响

图1为铜对蠕墨铸铁蠕化率的影响。

由图1可见，随着铜含量的增加，蠕化率略有提高。

铜的原子半径为145pm而铁的原子半径为126pm。

铜容易固溶于初晶和共晶）铁，很难固溶于共晶渗碳体倒。

铜在置换出铁原子后不但产生晶格畸变使奥氏体晶格扭曲，而且还略微减小了奥氏体晶格中的八面体间隙,使碳原子进入八面体间隙变得困难，这就提高了碳的自扩散能力，从而成为促石墨化元素。

当铁液中加入铜元素后，因为碳的自扩散能力增强，故铁液中共晶晶核形核核心增多，铁液共晶所需驱动力减少，铁液过冷倾向减小。

根据螺型位错界面生长速度tR=fiAT2,过冷度越小,石墨在C向上生长速度减小，抑制了球状石墨的生长叫所以蠕化率升高。

又因为铜含量升高后铁液中共晶晶核形核核心增多，而有效蠕化元素的含量一定，单个晶核周围的有效蠕化元素含量减少，这也导致蠕化率随着铜含量的增加而略徽提高

（b）婿化率89.6%

4«化*92.7%

图1铜对蠕墨铸铁蠕化率的影响

图2为铜含量对蠕虫状石墨和球状石墨总量的影响。

由图可见，当含铜小于0.6%,随着铜含量的增加，石墨数量增长比较明显；当含铜量大于0.6%,石墨数量增长不大。

这也间接可以说明，共晶时铁液内晶核数量随铜含量的增加而提高。

2.2铜含■对特征值TEU、TER的影响

特征值TEU为共晶最低温度，为铁液凝固过程中发生共晶时温度回升前的最低值。

其变化规律为随着铜含量的增加，总体上呈上升趋势。

各炉次的TEU如图1所示。

随着铁液中铜含量的增加，碳的自扩散能力增强，有利于共晶晶核数量增多，使铁液共晶形核所需的驱动力减小。

在摄固曲线特征值上表现为TEU升高。

特征值TER为共晶最高温度，是铁液发生共晶反应后温度回升的最高值，也是样杯内热电偶附近铁液结晶潜热释放速率与铁液散热速率达到平衡的温度。

在凝固过程中，铜使碳的自扩散能力增强，这就促进了铁液的受孕能力、降低石墨晶核形成所需的过冷度，增加了石墨晶核数量。

结晶潜热释放速度变快，因此，特征值TER上升。

23铜含■对特征值Z\Tr的影响

铜对蠕墨铸铁共晶时的再辉度△!

¥的影响如图4所示。

随着铜含量的增加蠕墨铸铁特征值变化不大。

特征值△!

¥反应共晶阶段奥氏体和石墨的析出量，其大小与铁液在共晶结晶时所释放出来的结晶潜热有关。

当铜含量增加后,特征值TEU升高，铁液共晶时的过冷倾向降低。

随着结品潜热的释放，共晶晶核形核核心存在反熔现象，数量减少，导致共晶结晶时单位时间内结晶潜热释放减少。

这在特征值上的表现即为△Tr变化不大。

在特征值

TER升高的同时，理论稳定系结晶温度并未改变，这就相当于给了特征值TER的最高点一个限制，这也使ATi•变化不大。

3结论

1.随着铜含量的增大，蠕墨铸铁中蠕化率增高,蠕虫状石墨数量增多。

2.随着铜含量的升高，特征值TEU和TER呈上升趋势;特征值ATr变化不大。

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B

Rfifi据心

WANFANODATA丈叙惟粮

作者：

侯捷铭,赵雪勃,张林海,刘金海

作者单位：

河北丁•业大学材料科学与工程学院天津300132

引用本文格式：

侯捷铭.赵雪勃.张林海.刘金海铜对端墨铸铁蠕化率及热分析曲线特征值的影响［会议论文］2015