劉 鵬，菅鳳俠，吳青山

（西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院，西安 710200）

鉬對蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能影響

劉 鵬，菅鳳俠，吳青山

（西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院，西安 710200）

在室溫、400℃、500℃的條件下，蠕墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度都呈上升趨勢，其斷面收縮率與Mo含量成反比。本文研究了不同含量鉬對蠕墨鑄鐵基體組織的影響，并且對不同鉬元素添加量下的蠕墨鑄鐵進行性能測試，分析各鉬元素對性能的影響機理。試驗結(jié)果表明，鉬對蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能影響很大，含鉬0.8%的試樣具有最佳力學(xué)性能；隨著Mo含量的增加，蠕墨鑄鐵的抗拉強度和屈服強度提高。

蠕墨鑄鐵；力學(xué)性能；鉬；抗拉強度

1 研究背景

隨著社會的發(fā)展，人們對汽車的需求量越來越大，而為了保護環(huán)境，對大氣污染的限制也日益嚴(yán)格。蠕墨鑄鐵具有較高強度以及良好的鑄造性和使用性，生產(chǎn)成本較低，并且制造時對環(huán)境的污染小，所以不失為一種理想的材料[1]。多年來，我國在蠕墨鑄鐵常規(guī)力學(xué)性能和處理工藝方面進行大量的研究，不少工廠都有較好的蠕墨鑄鐵制造量，并在蠕墨鑄鐵制造工藝上有了很大的突破。特別是中國第二汽車廠蠕墨鑄鐵排氣管流水線的投產(chǎn)，標(biāo)志著我國蠕墨鑄鐵生產(chǎn)已達(dá)到較高水平[2]。

為提高蠕墨鑄鐵的抗拉強度、延伸率、耐熱性等性能，人們可以在蠕墨鑄鐵中添加合金元素等方法，以滿足各項應(yīng)用性能要求。這有助于生產(chǎn)出高質(zhì)量的蠕墨鑄鐵，使其強度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果[3]。

2 試驗原材料

試驗中主要原材料有生鐵，45號廢鋼，75Si-Fe，60Mo-Fe，Mg-稀土蠕化劑，孕育劑。蠕化劑、孕育劑都有粒度大小的要求，需處理成3～5 mm大小的顆粒狀。作為補硅的75Si-Fe粒度沒有要求，可以使用粒度大點的塊狀。

3 試驗結(jié)果及討論

3.1 不同鉬含量下的蠕墨鑄鐵的組織性能

3.1.1 石墨形態(tài)分析

各組分試樣中的石墨均為蠕蟲狀和少量的團絮狀、球狀石墨共存的狀態(tài)。蠕蟲狀石墨形態(tài)各異，在基體上無取向分布。石墨形狀短而厚，部分石墨存在分枝且相互連接。石墨的分布不均勻，部分區(qū)域呈現(xiàn)出聚集狀態(tài)，部分區(qū)域則幾乎看不到蠕蟲狀石墨的存在。隨著Mo含量的增加，蠕墨鑄鐵試樣的蠕化率保持在83%～85%，所以該組試樣的蠕化率比較穩(wěn)定，得到的蠕墨鑄鐵的蠕化效果較好。由此可以得出，在不改變其他條件的情況下，改變鉬的含量，對蠕墨鑄鐵蠕化率的影響不大。鉬含量0.8%時的蠕化率為82%。

3.1.2 基體組織分析

由分析可知，在光鏡下白色的基體組織為鐵素體，灰白色區(qū)域為珠光體，珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，高倍下可觀察到其呈現(xiàn)黑白相間的片狀，而黑色條狀物為蠕蟲狀石墨[4]。另外還有少量白色的碳化物和鱗共晶分布于珠光體基體中，兩者的形貌很接近，其中碳化物一般沿著晶界析出，呈粗大板條狀。一般情況下，石墨大多分布在鐵素體基體上，只有少數(shù)的石墨分布在珠光體上。隨著Mo含量的增加，部分蠕蟲狀石墨被珠光體包圍。

當(dāng)蠕墨鑄鐵的珠光體含量在20%～30%時，隨著Mo含量的增加，珠光體含量逐漸變大。加入0.8%的鉬含量時，珠光體含量最大，可以達(dá)到30%。由此可見，隨著Mo含量的增加，珠光體的含量呈現(xiàn)明顯增多的趨勢。這可能是因為：鉬是擴大初生奧氏體的結(jié)晶溫度區(qū)間的元素；有一部分的鉬富集在奧氏體的結(jié)晶前沿而形成了成分過冷，降低了奧氏體轉(zhuǎn)變的臨界溫度，促進了珠光體的形成，使珠光體含量增多的。

3.2 不同鉬含量下的蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能

3.2.1 不同鉬含量對蠕墨鑄鐵硬度的影響

由試驗可知，主要影響硬度的因素是石墨間的片層間距和石墨含量的變化。蠕墨鑄鐵的組織是很不均勻的，為了綜合考慮蠕墨鑄鐵的性能，證明合金元素的加入可以強化基體組織，提高組織的均勻性，因此需要對各組腐蝕后的蠕墨鑄鐵進行顯微維氏硬度的測量[5]。在鉬含量為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%時，筆者分別制得蠕墨鑄鐵。當(dāng)鉬含量為0.8%時，布氏硬度為175，珠光體的顯微鏡度為327，鐵素體的顯微硬度為154，蠕墨鑄鐵表現(xiàn)出較好的性能。

3.2.2 不同鉬含量對拉伸性能的影響

試驗數(shù)據(jù)顯示，蠕墨鑄鐵斷面收縮率保持在0.018%～0.03%，抗拉強度在341～406 MPa，屈服強度在262～295 MPa。隨著合金元素Mo的加入，抗拉強度和屈服強度都不斷上升，而斷面收縮率呈持續(xù)下降的趨勢。影響蠕墨鑄鐵抗拉強度的因素主要是石墨形狀及分布、基體組織；斷面收縮率的影響因素與抗拉強度類似。石墨的抗拉強度一般為200 MPa左右，阻抗位錯移動的能力很低，但是石墨具有很好的塑性。珠光體具有很高的強度，但是塑性較差，鐵素體則相反。所以隨著Mo元素的添加，石墨變得細(xì)小，導(dǎo)致鑄鐵強度增大，斷面收縮率下降。Mo元素的添加可以提高基體中珠光體所占的含量，阻礙其位錯運動。這是通過細(xì)晶及固溶強化和位錯釘扎強化等因素共同實現(xiàn)的。添加適量的Mo，可以有限固溶珠光體中的鐵素體，起到固溶強化的作用；隨著Mo含量的增多，珠光體團增多且珠光體片間距逐漸減小，增加了相界面，導(dǎo)致位錯滑移阻力加大。但是，隨著Mo含量增加，基體組織中碳化物稍有增多，這些碳化物硬而脆，對基體起割裂作用，會降低試樣的強度和斷面收縮率。另外，珠光體形貌對斷面收縮率、延伸率和強度也有很大的影響。珠光體片較為細(xì)小時，滲碳體隨同鐵素體滑移而不會斷裂，從而提高材料的塑性。

在400℃和500℃條件下，筆者分別檢驗了不同Mo含量的蠕墨鑄鐵的強度和斷面收縮率。由試驗數(shù)據(jù)可知，隨著Mo含量的不斷增大，蠕墨鑄鐵在400℃和500℃下的抗拉強度和屈服強度都不斷上升，而且上升趨勢比較明顯。400℃時，斷面收縮率是先上升后下降的，在Mo含量為0.2%～0.4%時出現(xiàn)最高點。500℃時，在加入0.6%的鉬時，斷面收縮率出現(xiàn)了一個短暫的回升，但是總體趨勢是降低的。這與室溫的變化趨勢相同，從中可以看出，加入鉬元素的蠕墨鑄鐵在高溫時同樣具有較高的強度且明顯高于普通的原始材料的蠕墨鑄鐵。

4 結(jié)論

（1）鉬對蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能影響很大，隨著Mo含量的增加，其HBW與其含量是成正比的，都隨著元素含量的增加而增大。在鉬含量不同的四組試樣中，含鉬0.8%的試樣具有最佳力學(xué)性能。其布氏硬度及顯微硬度均是最大的，而且強度在室溫、400℃、500℃時也是最高的。

（2）珠光體的含量都隨著Mo含量的增加而增大，其HBW也隨著其含量的增加而增大?；w組織中珠光體的顯微硬度在305～326 HV，而鐵素體的顯微硬度在146～158 HV，珠光體的硬度遠(yuǎn)高于鐵素體，所以珠光體含量的增加增大了蠕墨鑄鐵試樣的布氏硬度值。

（3）蠕墨鑄鐵試樣的蠕化率都在83%～85%，而加入其中的蠕化劑的含量均是0.45%，所以加入的鉬元素對于蠕墨鑄鐵的蠕化率沒有較大影響。

（4）隨著Mo含量的增加，在室溫、400℃、500℃的條件下，蠕墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度都呈上升趨勢，而其斷面收縮率與Mo含量成反比。試驗結(jié)果表明，隨著Mo含量的增加，蠕墨鑄鐵的抗拉強度和屈服強度提高。

1 張文和，丁 俊，聶富榮.蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)[J].現(xiàn)代鑄鐵，2006，26（2）：54-55.

2 邱漢泉，陳正德.中國蠕墨鑄鐵40年[J].中國鑄造裝備與技術(shù)，2006，（3）：14-21.

3 R J Warrick，G G Ellis，C C Grupke.Development and Application of Enhanced Compacted Graphite Iron for the Bedplate of the New Chrysler4.7V-8 Engine[J].Sae Technical Papers，1999，（3）：1-3.

4 鄭 冰，任鳳章，張旦聞，等.兩種蠕墨鑄鐵顯微組織與切削加工性能[J].河南科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，36（5）：5-9.

5 張 云.提高蠕墨鑄鐵硬度的研究[J].裝備鑄造技術(shù)，2011，（1）：1-3.

Effect of Molybdenum on the Mechanical Properties of Vermicular Graphite Cast Iron

Liu Peng, Jian Fengxia, Wu Qingshan
(North University of Information Engineering, Xi'an Technological University, Xi'an 710200, China)

The tensile strength and yield strength of vermicular graphite cast iron are increasing at room temperature, 400 ℃and 500 ℃, and the shrinkage of cross section is inversely proportional to Mo content. In this paper, the effects of different molybdenum on the microstructure of vermicular graphite cast iron were studied. The performance of the molybdenum cast iron was evaluated by the performance of different molybdenum elements. The results show that molybdenum has a great influence on the mechanical properties of vermicular graphite cast iron, and the molybdenum 0.8% sample has the best mechanical properties. With the increase of Mo content, the tensile strength and yield strength of vermicular graphite are improved.

vermicular graphite; mechanical properties; molybdenum; tensile strength

TG255

A

1008-9500(2017)09-0016-03

2017-08-12

劉鵬（1985-），男，陜西西安人，碩士研究生，助教，從事資源處理工作。