合金元素对铸铁件硬度影响研究

2022-11-01

国外高端市场对灰铸铁铸件外观质量, 内部缺陷, 机械性能, 加工性能, 要求比较严格, 特别是铸件不能有裂纹、表面和内部不能有缩松、缩孔, 机械性能中硬度要求很高。在此要求下, 不仅要从铸件生产的图纸、造型工艺上对这些问题进行改进, 铸件材质方面也要进行改进, 来减少这些问题的产生。

目前高端市场铸件趋近于合金化, 通过合金提高性能来满足客户需求。目前部分企业生产此类铸件采用的思想是降低CE的同时, 再通过加入合金来达到机型性能满足客户需求的工艺。但是这种方法往往不稳定, 时常达不到客户需求, 而且还使铸件发生裂纹, 缩松、缩孔等问题, 不良品, 废品率较高。通过提高CE可以减少此类缺陷的发生倾向, 但是很多工厂担心铸件机械性能 (硬度) 达不到客户要求。本课题就是针对这种疑问, 结合实际, 研究在合金成分不变的情况下, 提高CE对灰铁铸件的硬度以及裂纹、缩孔倾向的影响。希望能够对有类似情况的工厂提供一定的参考依据。

一、试验材料和方法

1.试验材料

试验选着的是德国一家公司提供的灰铸铁铸件, 床身1重820kg、导轨壁厚42mm;滑块重350Kg、关键部位壁厚50mm;床身2重1080kg、导轨壁厚42mm。硬度测量在这三个铸件的重要部位进行。

2.试验方法

对以上三类铸件取样做本体硬度的试验, CE提高前的数据与提高后的数据各取6组, 提高前的试验结果和提高后的试验结果进行比较, 分析在合金成分基本不变时, CE对灰铸铁铸件硬度的影响。

二、试验结果与分析

图1、2、3是三类高端市场灰铁铸件在CE提高前后的硬度变化曲线, 从曲线图中我们可以看出, 三种铸件在合金成分基本不变的情况下, 提高CE后硬度都有所提高, 而且还可以看出低CE时硬度波动较大, 高CE时硬度值趋于稳定。

灰铸铁的硬度取决于基体, 这是由于硬度的测定方法是用钢球压在本体上, 钢球的尺寸相对于石墨裂缝而言是相当大的, 所以外力主要作用在基体上[1]。因此, 虽然基体内珠光体数量减少, 但是硬度反而略有提高, 这主要是因为随着C含量的增加, Si含量增加的更快, Si/C的比值由0.37左右增大到0.57左右, 增加了0.2, 导致了珠光体的片层间距的减小, 提高了铸铁的硬度。当然, CE的提高并不是无限制的, 而是应该在一定的范围, 在CE提高到某一值时, 既能保证机械加工性能, 还能减小裂纹、缩孔倾向。这样就可以相对减少一些合金的加入量, 例如减少一部分Cu的加入量, 可以有效的降低成本, 提高工艺出品率。所以, 在工厂生产时, 应该选择一个合适的碳当量, 设计一套稳定的工艺, 去适应高端市场的要求, 提高铸件质量, 满足客户需求。