目前獲得度灰鑄鐵主要是通過添加鉻、銅、鉬和鎳等合金元素來實(shí)現(xiàn)但是隨著合金價(jià)格的提高生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上采用氮、鈦、鈮對(duì)鐵液進(jìn)行合金化通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)研究了氮、鈦、鈮對(duì)灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗(yàn)結(jié)果表明含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時(shí)試樣的金相組織為A型石墨+細(xì)片狀珠光體+少量鐵素體。 反弧度法工藝制各的鑄鐵型材組織更為均勻，力學(xué)性能更為優(yōu)良。與實(shí)施反弧度法之前的鑄鐵型材相比，實(shí)施反弧度法之后的鑄鐵型材硬度得到提高，組織更為均勻，并且其抗拉強(qiáng)度指標(biāo)高于鑄鐵型材標(biāo)準(zhǔn)(JBT10854-2008水平連續(xù)鑄造鑄鐵型材) 性能要求。同時(shí)，伸長率指標(biāo)均超過LZQT500-7規(guī)定的指標(biāo)。與拉伸性能結(jié)果類似，反弧度法試樣的抗壓強(qiáng)度高于未實(shí)施反弧度法試樣的抗拉強(qiáng)度。 隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加彎曲程度加大石墨端部鈍化對(duì)基體的割裂作用減弱；細(xì)片狀珠光體含量略有增加珠光體層片間距減小；試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度逐漸增大當(dāng)含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時(shí)試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到大值分別為395MPa和260HBW。當(dāng)鐵液中含氮量≥0.011%時(shí)鑄件表面下開始出現(xiàn)氣孔缺陷。

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目前對(duì)灰鑄鐵和球墨鑄鐵表面改性的手段有表面相變硬化、表面熔凝、表面合金化以及表面熔覆。表面相變硬化因不能去除石墨相，表面改性效果受限。本文旨在利用等離子束和激光束對(duì)灰鑄鐵和球墨鑄鐵進(jìn)行熔凝處理以及合金化處理去除鑄鐵表面的石墨相，達(dá)到強(qiáng)化的目的。熔凝和合金化處理獲得的改性層深不夠大，并且合金化的本質(zhì)是一種高稀釋率的熔覆，對(duì)鼓肚缺陷，在鑄鐵型材的水平連鑄過程中采用反弧度法工藝，即通過新型的石墨套與引錠裝置來實(shí)現(xiàn)的，通過實(shí)施反弧度法工藝，鑄鐵型材的鼓肚現(xiàn)象得到有效。 但由于在率次實(shí)驗(yàn)過程中，剛開始生產(chǎn)鑄鐵型材時(shí)的拉拔速度比較慢、拉拔周期較長，使鑄鐵型材在結(jié)晶器的停留時(shí)間過長，導(dǎo)致在扁平方向上鑄鐵型材頂部略微向下凹，當(dāng)拉拔參數(shù)調(diào)整合適時(shí)，下凹及鼓肚現(xiàn)象基本消失。組織更為均勻，并且其抗拉強(qiáng)度指標(biāo)高于鑄鐵型材標(biāo)準(zhǔn)(JBT10854-2008水平連續(xù)鑄造鑄鐵型材) 性能要求。同時(shí)，伸長率指標(biāo)均超過LZQT500-7規(guī)定的指標(biāo)。與拉伸性能結(jié)果類似，反弧度法試樣的抗壓強(qiáng)度高于未實(shí)施反弧度法試樣的抗拉強(qiáng)度。等離子束和激光束的快速加熱，基體的快速冷卻，導(dǎo)致在灰鑄鐵和球墨鑄鐵表面進(jìn)行熔凝和合金化處理都可以去除其表面的石墨相，獲得組織均勻、晶粒細(xì)小的改性層，與基體冶金結(jié)合。細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化使熔凝層的硬度提高，硬質(zhì)相滲碳體、馬氏體與軟質(zhì)相奧氏體等的綜合作用，使熔凝層既能抗磨料磨損，又能抗粘著磨損；熔凝層的奧氏體相，是一種很好的緩蝕劑。

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