目前,获得高强度HT250灰铸铁棒主要是通过添加铬、铜、钼和镍等合金元素来实现,但是随着合金价格的提高,生产成本不断增加。为降低生产成本,本课题在HT250灰铸铁棒材质的基础上,采用氮、钛、铌对铁液进行微合金化,通过金相组织观察、SEM分析、EDS分析、拉伸试验和硬度试验,研究了氦、钛、铌对HT250灰铸铁棒性能的影响规律。
试验结果表明,含氮量为0.0055％～0.013%、含锰量为1.0%～1.36%时,试样的金相组织为A型石墨+细片状珠光体+少量铁素体。随着含氮、锰量的增加:片状石墨长度变短、宽度稍有增加,弯曲程度加大,石墨端部钝化,对基体的割裂作用减弱;细片状珠光体含量略有增加,珠光体层片间距减小;试样的抗拉强度和硬度逐渐*,当含氮量为0.012%、含锰量为1.24%时,试样的抗拉强度和硬度达到***大值,分别为395MPa和260HBW。当铁液中含氮量≥0.011%时,铸件表面下开始出现气孔缺陷。
在适当含氦量(0.0080%左右)基础上,含钛量在0.055%～0.149%范围内时,试样的金相组织为A型和D型石墨+珠光体+少量铁素体。随着含钛量的增加:A型石墨减少,D型石墨增多;铁素体的含量增多,珠光体的含量减少;试样的抗拉强度呈现降低的趋势,当含钛量为0.149%时,试样的抗拉强度***小,为230MPa;而试样的布氏硬度略有增加,当含钛量为0.149%时,试样的布氏硬度***大,为219HBW。钛在含氮灰铸铁中的存在形式有以下两种:少部分固溶于基体中,呈均匀分布;大部分与铁液中的碳、氮形成钛的碳氮化物,并多以三角形、四边形及带棱角的不规则块状镶嵌于基体之中,呈弥散分布。
在适当含氮量(0.0080%左右)基础上,当含铌量在0.004%～0.177%范围内时,试样的金相组织主要为A型石墨+细片状珠光体,当含铌量>0.051%时,组织中出现了少量D、E型石墨。试样的抗拉强度和硬度随着含铌量的增加而逐渐增加,当含铌量为0.177%时,试样的抗拉强度和硬度达到***大值,分别为360MPa和226HBW。铌在HT250灰铸铁棒中的存在形式有以下两种:少量固溶于基体中,呈均匀分布;大部分以富铌碳氮化物Nb(C,N)形式镶嵌于金属基体中,其形态有方形、菱形,不规则的条状和棒状。
综上所述,在本试验范围内,采用氮、钛微合金化,试样的抗拉强度有所下降;而采用氮、锰和氮、铌微合金化,可以显著提高灰铸铁型材的强度和硬度。当含氮量为0.0085%、含锰量为1.24%时,试样的抗拉强度和硬度分别为307MPa和237HBW,且铸件表面下无气孔缺陷;当含氮量为0.0079%、含铌量为0.177%时,试样的抗拉强度和硬度分别达到360MPa和226HBW。
