超高强度球墨铸铁

超高强度球墨铸铁沈阳拖拉机制造厂沈阳机电学院前代纷西沈阳拖拉机厂生产的东风拖拉机后桥齿轮,是用丁合金钢制造的,目前这种钢材在国内还是比较缺少的。近几年来,许多工厂利用经等温淬火获得的超高强度白一球墨铸铁来制造齿轮,并试装到汽车和拖拉机上,取得了一定的成果。这是具有一定政治意义和经济价值的新生事物,也为球墨铸铁的扩大使用,开辟了一个新的途径。”与其它新生事物的出现一样,利用超高强度球墨铸铁制造齿轮,尚存在着它的缺点和不足。突出地现在球铁材质的弯曲疲劳性能一和冲击值戚较低。沈阳拖拉机厂于年月份曾用稀土镁相球墨铸铁制造过东风拖拉机的大元锥齿轮螺旋伞齿轮,由于我们经验不足以及材质的冲击韧性和疲劳强度不够高,只使用了两个多月就“打牙”破坏了。分析到,龙钢的材质性能和所试齿轮在拖拉机上的受力情况表一。我们认为,要代替这种重负荷合金钢,必须进一步保证和提高球墨铸铁的综合机械性能,尤其是冲击韧性和弯曲疲劳强度。为此,我们从”年初,对高强球墨铸铁做以下两方面的试验工作第一材质试验,即试衰一醚塞墨辱盆醚⋯一⋯一⋯一⋯型鲤竺竺竺卿萝竺乓竺⋯挡从动齿轮大元锥齿轮城挡从动齿轮“‘““】““】一⋯一⋯弯曲疲劳强度叮—公斤毫米表面一心部一钢齿轮的热处理工艺表面渗碳淬火回火‘注沈阳拖拉机厂现生产的东风拖拉机底盘部分齿轮与东风拖拉机相同。··验球墨的基本元素硅、锰和合金元素饥、铜、钥等对机械性能的影响,第二是齿轮的制造和装机试验。在材质试验方面,我们经过百余组的试验与摸索,初步找到一些规律。七二年十一月份,我们将所试验的球铁材质制造成齿轮,装到东风拖拉机上,现经六年万余小时的运行,情况良好。一、球铁的熔炼和炉前处理采用肠的低锰生铁为原料成分见表二照片球铁齿轮球化剂为沈阳拖拉机厂自配的稀土镁合金表三,加入量为铁水重量的帕孕育剂为肠一。合金,孕育量肠,粒度为一,采用二次孕育衰二低锰生铁成分日一口鱿呱磷硫石石丽⋯赢与硫万衰三中间合金的配比及化学‘成分州考乡焦合金的里毕‘,,土化声感一一全一竺一竿⋯黑⋯竿⋯鹦⋯一么一⋯念一⋯一乳一⋯一牛一⋯六冲天炉铁水的出炉温度为℃℃,浇注温度为一℃。经过多次试验,我们选择了综合机械性能比较好的饥系合金球铁及铜铂合金球铁,其成分列入表四。衰四常一几⋯一、一、一、一⋯尚衬一卜川二僻二一一,。,,。‘副,。。副少万飞下尺刀入】川川、、。、、。‘‘火。‘】一里阵引一一片一卜一一一,。膝二一二一‘’一一诊‘一买卜气了。。,,,,户。引。。川。二—一一竺一⋯一一一一竺华竺一一瀚川公书今醉二,,二二二一二旧一】,一吧阅洲卜弋尺””,’,,,,,,’」止二二二一二一卜一一一一卜一一资一圳一翻一拥相按排,·一,,。。,,。,,·一二二二一一一卜少一一一一⋯一一一一型相相按转,一。,,。。,,。,一厅刁一’“、尸’‘二、球铁齿翰热处理工艺的确定采用等温淬火的,使其体获得下贝氏体组织,是保证超高强度球铁具有较好综合机械性能的可靠热处理工艺。一加热时奥氏体化温度的选择球墨铸铁含碳量和含硅量是比较高的。作为铁碳硅三元合金,球墨铸铁的共析转变是发生在一个较宽的温度区间里,在此温度区间内,石墨、奥氏体和铁素体是三相共存的。为了使球铁材质最终得到单一的基体组织下贝氏体,所以加热温度应使原始组织全部奥氏体化,即高于上述温度区间的上限,硅是影响球墨铸铁奥氏体化温度的主要元素,而我们所选用的球铁材质与一般的球墨铸铁相比其含硅量稍高一些,所以试验硅含量对奥氏体化温度共析温度的影响是必要的。试验是采用金相一硬度法确定的丧五、图。与其它方法相比较,此种方法与生产中加热奥氏体化的情况相类似。所以对实际生产是有现实意义的。衰五加热时硅对奥氏体临介转变温度的影晌’编一二⋯一少吧卿℃遍丛⋯一二一一欲二一对’一,三汁一些一、一当生一止土一兰竺一⋯翌一⋯一坦竺一旦一⋯一二生巨兰竺一一⋯一竺吮燮一一卜里一⋯一生竺一兰‘竺⋯一兰一卜一一里互竺型二一一一一叫一里一卜一三二兰卜土竺卜一上一一卫竺少些一卜一二竺土兰一卜竺一卜二竺一卜望一卜兰一一翌一卜一竺竺燮一卜竺一卜二竺一⋯兰竺一一兰一—里竺一卜一竺竺竺一“·””·’⋯“””‘一一一一一母一一从表五和图可以看出,随着硅量的增加奥氏体开始转变温度和转变终了温度‘都升高,温度区间也逐渐扩大。我们所选用的鱿系合金球铁因含硅量在。肠一务范围内,含锰量在。肠一。肠范围内,所试铸件齿轮又比较厚大,当加热温度在。℃时仍有少量残余铁素体存在。所以加热温度定为℃一℃,加热时间为分钟。加热温度太高,奥氏体含碳量增多,等温淬火后组织粗大,白亮区增多,材质硬度虽然有所提高,但韧性下降。加热温度偏低,奥氏体化不完全,淬火后残余铁素体量增加,材质的强度和硬度都降低。图含量对转变温度的影响二等温温度和等温时间的选择我们所试验的球铁因为含有多种元素,所以对等温分解曲线曲线的影响较大。正确的确定等温温度和等温时间是保证球铁具有较高综合机械性能的重要环节。等温温度的选择卜结合对上贝氏体球铁材质的试验工作,我们就等温温度对球铁基体组织和机械性能的影响做了试验表六图,表七图肛雅姆猪拚电一,‘一,门、丫卜尼‘一,冲一,一润门峪而兔,门巧。叙哪沪枷肠比伴种标尸外肚计补料歼针鱿‘图球铁成分肠湃命枯口初口材艺等温温度时、肠、、的影响一九二少四。乃,了‘夕石教利和止玉翔以康,,,澡生二一眯二一瓜飞‘以内亡口。了叹吞乃乞图等温温度时、。的影响一砍△一衰六等温通度对低锰球铁性能的影晌今等温温度试热处理规范化学成分肠机械性能℃样编加热温度时间分对。了云肠号℃的一一即竺一一。一。—,—”。一一。一一产注表中所列试块因含硅量偏低,所以等温温度由℃一℃所测戚值也较低衷七等温温度对矶系合金球铁性能的影晌等温编热处理规范化学成分机械性能温度号℃加热温度时间分等温时间对材忍犷口。乡℃分‘。·‘⋯。。五左。。由表六和图可以看出,随着等温温度的提高,球铁的硬度‘显著降低,塑性舀呱和韧性毗有一个高峰区间℃一。℃抗拉强度在℃左右等温亦有高峰,之后随等温温度的提高显著降低。在℃等温时,抗拉强度二公斤毫米名,冲击韧性。公斤厘米。塑性舀肠二,硬度。。对下贝氏体而言,当等温温度较低时℃,金相组织中白亮区马氏体残余奥氏体增多,硬度虽然较高,但冲击韧性和塑性‘肠偏低,当等温温度较高时℃,金相组织中贝氏体针粗大,甚至出现羽毛状贝氏体,使得材质的强度和硬度降低,塑性和韧性提高。做为用于代替对。丁钢制造齿轮的合金球铁来说,材质既具有很高的强度和硬度,又要保证相当的韧性,所以我们选择等温温度为℃一℃。等温时间的选择硅是促进下贝氏体等温转变的元素,而锰对下贝氏体等温转变起抑制作用,所以选用低锰高硅对缩短球铁的等温时间和减少金相组织中的白亮区都是有利的。由表八可以看出,等温时间为分钟时,金相组织基木上是下贝氏体组织,白亮区基本消除。等温时间由分钟至分钟,对硬度。影响不明显,但是随着时间的延长,韧性有所提高。所以,等温时间选为分钟。三铸态组织的高温退火铸态组织经预先的高温退火,能使等温淬火后机械性能较为稳定和稍有提高。这是因为经过高温退火后,使铸态组织的显微成分和显微组织更加均匀化。经高温退火后,硬度略有下降,值稍有提高,抗拉强度变化不大但加工性能明显改善。在成分控制合适的情况下,不经高温退火,也可得满意的性能要求齿轮经高温退火,能使等温淬火后尺寸变化更加稳定。衰八兰竺巨拜·””‘“’,”““分“·钊才‘编化学成分肠热处理规范,机械性能基体组织号态。各。、‘白叮‘占肠一分肠以上贝氏体一,’,,,。一贝氏体一’,,,,一一厂一一衰九·‘·⋯缨黑铸态组·斡笼黔珊少咒丁一—可一万一丽碌麻一画和赢于下一一两肠℃℃微量碳化铁铁素体,⋯时局温退⋯一入、‘二八‘八体分分一一—一于望竺荃竺一阵竺兰阵丝二一一一生一一一丑”·’”·““““‘··铸态四齿轮的热处理工艺根据以上试验和分析,我们对大元锥齿轮及直齿街轮采取如下热处理工艺站熬赞群一么万小时卜一一泽月刀户州温办反哈加衣时间高温退火是在甩箱式电炉中进行的。等温淬火的加热炉盐料配比是肠肠等温盐料配比肠。肠三、基本元素对超高强度球墨解铁的作用用什么成分的球墨铸铁,经等温淬火后制造重载荷齿轮较为合适。这就需要查明各状本元素对超高强度球墨铸铁的机械性能,显微组织及对下贝氏体转变过程的影响。作为选择成分的参考依据。一低锰是制造高强度球墨铸铁的基础锰在球墨铸铁,特别是在韧性球墨铸铁中的作用和灰铸铁中不同。在一般灰铸铁中,为中和硫稳定渗碳体的作用,锰和硫之间须保持一定的比例关系。球墨铸铁中含硫甚低,故而了可以尽可能压低含对作量。锰在球铁中呈现晶界及区域偏析,影响塑性指标。在超高强度球铁试验的初期,我们使用一般含对泥量在。一。的球铁,感到机核性能不够稳定,特别是冲击韧性波动在一·二’之间,大部分数据在以·沉矿之间。铸态铁素体含量波动在一肠之间,有时有少量渗炭体。经高温退火后,基体组织铁素体含量为肠,性能较为稳定,滋值一般大于·二二’。为消除铸态铁渗炭体,稳定铸态纂体组织,减少锰的晶界及区域偏析,我们使用低对称生铁原料,同时对含书量进行了调整,摸索对,对球铁机械性能显微组织及等温转变的影晌。用肠的本溪低材,炼钢生铁为原料,经球化孕育处理后,得含,量为。琦嗬的球垦铸铁,铸态铁素体量大于肠,球墨类型为级,球径为。一,金相组织如下图所示,铸态抗拉强度为二耐延伸率为肠,为花’。二,便度为。调含从。量后,随着含对,量的增加,铸态珠光体量增加,铁素体量减少。性能变化和一般众所周知的规律相同。由于铸态基体组织对等温淬火后的机械性能有一定的影响,故而将不同含材,录的试样经高温退火,使基体组织皆为肠的铁素体,从而查明。对球墨铸铁的作用。铸态中对”球铁的金相组织帕铸态低衬佗球铁的金相组织称肠锰对铁素体球铁的影响锰固溶于铁素体内,强化铁素体基体。在渗炭休内,增强铁原子与炭原子的联系。随含衬。橄增加,机械性能变化规律如表十及图、所示。衰十锰对铁亲体球铁的影晌州卜含。抗拉强度⋯翩娥度⋯⋯⋯二⋯延伸率务’‘,」星一竺日翌吧‘一一兰竺望竺二一一一匕一一—卜二竺一竺兰卜一塑一止生一一兰一卜卜卫里生卜竺全一一塑生卜竺兰一一卜二一卜竺一卜生些一一竺二一止生一⋯一上竺一一卜上竺一止竺生⋯一竺一一⋯一兰一卜一竺生一一兰兰卜二竺一卜二竺一⋯一些二一⋯一少二一卜,一竺二‘一些生一卜二竺二“·⋯·‘⋯·“·、·’‘注丧中各项皆为三个试样的平均值上表中试样的其它成分为呱口甘目曰石合声。“气伽‘‘过。口﹄门口‘了份杭位孩套方岁久以‘乙图革沙了犬日、一’男图铁素体基体球墨铸铁,当含锰量在肠左右时,抗拉强度叭服强度呈最低值,含锰量大于肠时,抗拉强度和屈服强度随含锰量的增加而增加。含锰量小于帕时,随含锰量的降低,抗拉强度和屈服强度的曲线趋于水平,并微见回升。硬度变化的规律与上述相似。延伸率和冲击值随含对,量增加而降低。故而对铁素休球果铸铁来说,在塑性要求较高的牌号中,尽可能的把含锰量压低,是有效措施之一。锰对超高强度球墨铸铁的影响乡在超高强度球铁中,锰的作用和在铁素体基体球铁中,有所不同。用上述经高温退火的试样,在℃盐浴炉中加热分钟,并在℃盐浴炉中等温分钟,所得机械性能及显微组织如表十一及图、、所示。衰十一含锰且对等沮淬火后机械性能的影晌、,一石一薇飞厂一丽一一可一一覃丽一组织,”。—一一一————二。。。。‘白亮区球化,。挤,。。。月氏下一一‘弓通、,,岁耐翻,为共于,一‘二以分、一撰少州一车‘缨几一卜一卜竺一一弩力”一二竺⋯二二一阵竺兰卜一坚竺止⋯兰生一⋯一弊一⋯一州工里里竺塑竺竺止望生卜竺兰阵巴上⋯一少一⋯‘一兰一二一洋竺卜色竺一卜竺二一竺二阵生兰一竺兰一一生一卜竺卜望生、一竺二丰坚兰止阵竺一一兰一‘一尸一⋯一土一卜卫竺卜竺阵竺生一卜竺一阵兰一⋯一了二竺口生一一’一··‘,““·’一‘’“注上表中试样的其它成分与表十相同。表中各点为三个试样的平均值。夕丫探叙加钻八生兄产本司‘叹以子乙己不夕呵叨八如只︺厂口‘本川”厂图图一合甘户力甘百,了台熟区口外问。外图由表一一及图、中可以看出,含锰量在肠以下时,抗拉强度趋于水平,大于肠时,抗拉强度开始下降,延伸率随含锰量变化波动不大,趋于水平。冲击值及硬度随含锰量增加而下降经几次重复,这种变化的规律趋向是相同的。由以七数据可见,低锰超高强度球墨铸铁的抗拉强度,值,硬度都稍高于含锰较高者。图不同含对,量对等温淬火℃分℃分后显微组织的影响一九肠一对旅呱图从显微组织来看,含量在肠以内时,随含对量的增加,白亮区残余奥氏体加隐马氏体微见增加,但变化不大含对量大于。肠以后,随含对林量的增加,白亮区明显增多。塑性性能明显下降‘产生这种情况的原因,和。的偏析有关,用电子探针对含锰。肠及呱的试样进行分析。在含,肠球铁的白亮区中呈现,的浓集,含对旅量高达到肠这种白亮区的分布和晶界有关,但并不是所有晶介都有白亮区,经常呈现分布不均匀的区域性晶界偏析。低,球铁,有微量白亮区,白亮区内的含对量也高于贝氏体中的含对量,所以的显微偏析是造成下贝氏体转变不完全、残留奥氏体加隐马氏体白亮区增加的主要原因,提高含锰量对下贝氏体转变起抑止作用。表十二电子探针分析结果瓜一、区、,一,二成一一,一一,。一一一业一二少一一竺生二里一“”,中锰白亮区“·“··“·‘高于贝竺沙些竺土谬型阵兰生三丫止卜生生一卜二生一州里一竺卜卫二一低锰】白亮区】”·】’·”·”·微量微量含·“·‘”肠贝氏体“·””··。·‘二一注表中划的地方是指做过分析,但含量甚微。根据我们及其它单位〔〕用电子探针测定下贝氏体中的含对拄量得大体相同的结果。以及,对机械性能及等温淬火后显微组织的综合影响,因而可以认为下贝氏体中固溶的含量有一定的限度约在。肠左右超过这个限度之后,对,呈现晶界及区域偏析,使等温淬火后各项性能下降。低,减弱了这种倾向,大部固溶于贝氏体中,固而低是消除晶界偏析,促使下贝氏体等温转变,提高综合机械性能的有效方法,因此是制造超高强度球墨铸铁的基础。上述试验,得以下儿点①铸态组织虽能影响等温淬火后的机械性能和显微织织,但还不是主要因素,因为不同含,量的球铁用退火方法得相同的原始组织,经等温淬火后,所得机械性能和显微组织变化也很大。这说明稳定综合机械性能的主要因素在于球铁中的含量。咨下贝氏体中固溶心量在。肠左右,超过这个界限,在晶界处呈现偏析,这种偏析并不是很均匀的,某些晶界处偏多,另一些偏少或没有,这种的显微偏析造成了各项性能指标下降。为提高综合机械性能,含量控制在肠以下是必要的,同时看来尽可能压低含量是有利的。③锰对下贝氏体的等温转变,起抑止作用,随含量的增加,白亮区增多。从缩短下贝氏体转变时间来看,也应采用低,球铁。二硅脆性及硅对等温淬火的影响一‘球墨铸铸铁有硅脆性间,不少文献〔〕〔〕对硅脆性有所探讨。认为对铁素体球墨铸铁而言,当含硅量大于肠时,值明显下降,呈现硅脆性〔〕,国内不少工厂在生产实践中也总结了这种经验,认为对铁素体球铁来说,含量以不大于一肠为宜〔〕,过高呈现硅脆性。故而一般工厂生产铸态铁素体球墨铸铁含量在帕以内,是有实践根据的。但等温淬火后,含硅量对机械性能的影响尚缺乏系统实验数据。由于硅是球墨铸铁重要基本元素之一,所以我们感到有必要对硅脆性以及硅对超高强度球墨铸铁的影响进行试验和研究。试料是在工频炉中熔炼的,使用低锰生铁为原料,处理后成分为肠。叨肠,肠,帕,肠,。肠。硅量调整的范围自一。肠,铸态组织铁素体含量都大于肠,冲击试验是用铸态试样进行的,不同含战量,冲击值的变化如表十三及图所示。衰十三‘门奔含量一一·’’一·拼注表中数值是三个试样的平均值本雌‘’轴心。名广述日么万苏各万召先图不同含量时、位的影响△为平均位·为原始位产生硅脆性的原因是由于硅原子半径大于铁原子半径,在铁素休中固溶的硅原子,超过一定数量后引起晶格畸变,造成硅脆性。上述试验和各厂的经验一样,同样也证实了铸态铁素体基体的球墨铸铁,含硅量以不大于肠为宜。用高温均匀化的方法可改善硅脆性,我们从含肠的经正火处理后的曲轴上取样,测其值为在℃保温小时后,。值提高一倍。硅对合金灰铸铁的贝氏体转变,起促进作用,使贝氏体转变开始线及终了线都提前完成〔〕,在球墨铸铁中硅起类似作用,不同含硅量的试样,含硅量小于帕者,在盐炉中奥氏体化温度为。℃,大于呱者为℃。保温分钟,在℃等温小时,所得机械性能如表十四所示。衰十四不同含盆对等温淬火后性能的影晌含硅量机械性能。。、二二。。⋯⋯一⋯一习一坚生一’“一产生一巡竺·‘一‘一又夕通连久一一‘一⋯一竺‘一召,兑一卫竺一一’二一一三‘卫··、口二‘,产月尸甲尸八尸任。。‘口一,一甲甲金相组织附注白亮区肠基体微量下贝球有夹杂下贝球少量铁素体由表可见,含硅较低时抗拉强度及冲击值偏低,含硅大于肠以后抗拉强度及冲击值趋于水平。含硅量过高之后,由于基体中残存少量铁素体,硬度下降。从显微组织看,在原料中控制低锰肠的情况下,含硅肠在℃经一小时等温处理后,金相组织中有少量白亮区。含硅量增多后,显微组织中白亮区推本消失,不同含硅量,显微组织如图所示。用电子探针分析白亮区及下贝氏体中含硅量,其结果是下贝氏体中含硅量高于白亮区,这说明了硅固溶于下贝氏体中。硅对下贝氏体的粗细有一定影响。含硅较高时,贝氏体针较短而细,含硅较低时,贝氏体针相对来说较粗而长。但含过’过高易引起石墨飘浮,铸件过脆等缺欠,所以在不造成上述铸造缺陷的条件下,适当提高含硅最是可以的。三其它炭对下贝氏体转变起促进作用,由于下贝氏体晶核是在奥氏体和石墨相间界产生的,石墨球愈小数量愈多,下贝氏体晶核愈容易形成。但总炭量要和含硅量共同考虑,在不产生石墨飘浮的条件下,从促进下贝氏体转变角度看,可适当提高炭当址。磷呈现晶界偏析,白亮区内含磷量高于贝氏体内含磷量。工争在生产中,我们在冲天炉炉料中加肠一肠的废钢,原铁水含炭量为帕一肠,炭当量控制在肠一肠之间,以防止铸造缺陷的产生。磷控制在。,帕以下为宜,大于务出现磷共晶。肠呱图不同含全千沮浮火后的显徽组织国、·合金元素对超高强度球铁的影响。相球墨铸铁中栩是常用元素之一,在低锰球铁中加入少量的铂帕一,铸态情况下,能强化基体,增加抗拉强度,与此同时,冲击值也稍有提高,即在提高强度的同时提高韧性。加少量翎后,铸态金相组织中铁素体量未见减少,仍能保持在肠以上。用成分为含肠,肠,旅。肠,肠,呱,肠,。肠的低称球铁,加入。肠铂,采用铸态试样在盐浴炉中加热到℃,保温分钟,然后在一℃的盐浴炉中等温一小时,得对比结果如表十五及图所示。衰五低抢及低,。球映娜沮淬火后的性能变化、、,⋯一城件种尖里竺竺塑‘竺一进些塑暨生生⋯竺吧塑迎兰⋯竺些兰里竺““‘““墨瑟⋯⋯釜⋯侧誉⋯一器比训一川子⋯一篇一卫恕—低洲叹一一低刚低刚八月︸卜勺了今之八甘似‘口水‘占舟本斋,户一一一口口口口口一口口口口洲声站。’。’不同等温温度对性能的影响八刀豹‘图匆由表可见,低低口球铁在上述等温温度范围内,冲击值略有提高,硬度基本上没有差别。在℃等温分钟测抗拉强度及延伸率,低低“球铁略高于低,者,延伸率大体相同。由于加钥量较少,等温处理后,低低口球铁中的白亮区稍有增加,但数量不多。上述试验由于含量偏低,故而平均值偏低,含硅量提高之后,这种差别就完全消失。在含肠左右的球铁中,增加含。量之后,使铸态渗炭体增加,影响等温淬火后性能低。球铁中,稳定与形成渗体的作用已减弱,故有可能提高含。量。摸索不同含。量对等温淬火的影响,为此我们在低锰高硅成分为含肠,帕,肠,肠,呱的球铁铁水中调整含相量,考虑到当前铝的供应比较紧张,故而调量在肠以内。同时在。的基础上,组成,。合金球铁进行试验。不同含。量及,口合金球墨铸铁在℃加热分钟,℃等温分钟后,所得机械性能的结果如表十六所示。含。量在肠以内时,随含口量的变化,抗拉强度、延伸率、冲击值,硬度,都极为相似,趋于水平。但加钥后,与不加合金的相同成分的球铁相比,白亮区增加。衰十六相对超商强度球盈幼铁的形晌、,、机械性能金相组织口翔娥,,舀肠白亮区肠基体组织球化等级」叮。微量下贝氏体球墨、一”一、一一即’一⋯厄二「一一一一忍一一“用电子探针测低。球铁中合金元素的分布如下表。可见下贝氏体中几乎不固溶铂。竺称,一一一︸‘上一内一域粼白亮区贝氏体···介口,,口‘‘‘娜曰‘‘匕翎集中在白亮区中,和同成分的不含钥的球铁相比,白亮区增多,故而铝使下贝氏体转变终了线向右移,有延长等温转变时间的倾向。和低,不加合金的球铁相比,机械性能出又不大。‘组球铁的其它机械性能与。组相似,但滋值稍高于口组。。跳一饥在钢中的应用有一定的发展,由于饥的炭化物呈点状弥散分布,硬而耐磨,和其它元素相比‘在同样加入量的条件下,增加耐磨性比较明显〔〕。考虑到超高强度球铁齿轮,须要具有一定的接触疲劳强度及较好的耐磨性。因而饥是有希望的合金元素之一‘丁饥在球铁中部分固溶于基体内,部分形成炭化物质点,因此影响冲击值,、故而我们把机的用量控制在。二。务之间,考虑到球铁齿轮是否能代替,钢。关键在于齿轮的使一用寿命。所以我们在低钥的条件下,加入饥以提高耐磨性,同时为防止饥降低冲击值的作用补加入铜抵消这种影响,组成多元合金球铁,摸索其对综合机械性能影响。叮扭·低,低硅多元合金化考虑到含’较低时,石墨飘浮等缺陷较少,故而首先组织低,低’多元合金化试验。了‘试脸是在工频炉中熔炼的,球铁成分为肠,帕,帕,尸。铸,。肠。,低衬。组含万肠,厂万。组含瓦肠厂呱,犷材组含衬‘呱犷。肠,肠球化等级为级,球径为一。二各组铸态显微组织为低。组肠珠光体,余为铁素体,约肠的磷共晶。。犷组肠殊光体,约肠磷共晶,余为铁素体。,。犷组肠珠光体,约肠磷共晶,余为铁素体。奖铸态试样加热到℃保温分钟,然后在不同温度等温一小时,所得结果如表十七所不。‘衰十七℃加热分钟,不同等通通度的性能、、一一」户了一︸︻︷︷一互口,‘上一卜凡八︸月︸匕下工︸司日︷一﹃。一一一户口一,月且口甘下护一口人八︼卜」一伙乙‘左、、一︸一尹一一只︸门‘八一,尤口勺移曰︶目几︸曰一‘。‘一一迁‘︸﹂连一,一﹂︸产于刃人一内丹工‘‘、一声了︸一八,曰几一,几引曰一一连一︸口编号一℃等温时口一月,,、矛、目一一一比砚,不止口任。任。廿厂口、日寸‘球在“““℃及““℃等温“”分钟后,测抗拉强度,以低口组较高,犷‘“组次之,二代“组又次之,但相差不太多。从上述试验可见,加入机之后,值有所下降,延伸率及硬度变化不大,弓入铜之后,综合机械性能又有回升趋向,但总的来说,不够理想。加入钒以增加耐磨性及以后的试验证明能提高疲劳极限,和降低。之间是相互矛盾的,能否在一定条件之下统一起来,我们根据毛主席关于“相反相成”的教导,以及上述对硅的试验,在引入稳定炭化物元素饥的同时,把硅的含量提高到帕以上,取得了一定效果。’】吞低拄高别多元合金化’一’低锰高硅多元合金化各组试验的化学成分如表十八所示,各组铸态组织分别为口光体肠,余为铁素体。。犷组珠光体为肠余为铁素体。,。犷组珠光体为帕,铁素体。,。犷组珠光体为肠,余为铁素体。无渗炭体及磷共晶。组珠余为一衰十八低锰离硅多元合金化各组化学成分坦力,,尸’,,⋯犷“丁妙或一,少竺业一卒回卒国三’厂‘组,·“·“·‘‘“·“·”·“·‘州一犷组厂粼组。⋯犷刀组金相球径珠光体肠铁素体肠球化等级一各组铸态试样在℃加热分钟,。℃等温分钟的综合机械性能如表十八所示,从’一℃间各等温温度的冲击值及硬度变化如图、、所示。草万农九低,离幻多元合金的综合机械性能机械性能金相组织‘一下贝球犷口组一下贝球犷拼口组一下贝辣犷‘组一下贝球组一下贝蛛魂衣卜甘‘比吧,月飞属口曰门︺月︺﹃洲别叼月口、,了﹄一二卜︸夕、肛卜一队以眯。产郑忍以名乙一、口滩盯一咐和勒乙乙乒屯似门办亡口才华仃占刃口口组各等温温度的性能口一、一‘·二二吕卯图犷口组各等温温度的性能图氏从肠舀。必夕内口不、沪卜工洲叼,‘图犷组各等温温度的性能从表十九可见,加入饥组成多元合金化,在提高含硅量之后,综合机械性能趋向一致,帆降低值的作用减弱。在等温淬火后士的情况下,。值稳定在·二‘二左右及以上。抗拉强度各组接近相等,唯加入的多元合金化,抗拉强度稍低,曾做几种组合,都得类似结果。上述各组就平均值而言,厂口组值略高,性能较为稳定。因此我们寸取,口球铁以及,万。球铁,调整硅,观察其硅的变化趁向,其给果如图所示。可见提高含硅量,吐值逐渐上升。但含硅过高之后,易引起石里峨浮等铸造块陷。故而我们认为对含钒球铁而言,含硅量以在一之间为宜。广。。·呀了“心心伪堆二‘·‘,·’·厂,、竹”哗’、于了‘万“,户尸,声人甘叭亥六芯云亩渝众渝行才云石矛今图提高含圣时位的影响趋向用电子探针分析钒的分布,在总分析量为。的情况下白亮区中含帆为。肠,贝氏体中含钒为。肠,也就说大部分钒固溶于下贝氏体中,少盈在白亮区中浓集。等温淬火后,白亮区内经常出现一定数量的小球较,在低甘高’翻相帆组化学成分如表十八所示用电子探针测小球粒的化学成分如下表所示。衰二白亮区化学成分肠小技扮尸、‘“甘犷心一卜‘‘屯去一泛三一一’一离一一于厂一二一‘‘卜,目产白二‘丫岛,,,,,,岌、关不匕。。芯。廿。芯。舀,。芯小球。已。峨。小球粒中炭的含量稍高于贝氏体与白亮区内含炭,住也稍离于总含。娜分小球内铂帆含量偏高,这部分小球可能属于。犷等合金的炭化物通过上述试脸,对超高强度球铁中合金元素的认识,利『认为可归纳为以下几点①在低对。球铁中加入合金元素对综合机械性能的影晌虽各有差异,但不象铁索体球铁那样有非常明显的作用。②低球铁中加入铝之后,在含量小于。肠的条件下,缘合机械性能变化不大,但,口球铁的冲击值高才于单加相的球铁加相球铁对含的要求范幽较宽,含’较低一肠也可得到较好综合机械性能,但提离含硅,仍有利于综合性能的提离考虑到相的供应情况,目前以少用或不用为宜,付叫宜宜有任尽鑫宜奋鑫娜厘国努鑫宜任任身令务旦尹、每套鑫翎侧侧妞任苍兴翎奋兴任祀兴翎番任兴兴于树翎兴神兴任镇兴兴长二众冷、夕褥橄八呼娜吕七,,目叻的翻口十心匀护叫卜,阅,,月月甲,,,心,,呻非、口尽,,卜导口的叫的的全口卜,护心价叹,喊七,,卜甲,,呻卜,,,月的心月口,,匀帅月的口仁,,,闷,叫忆亥的月口,,,嘟峭闪月的甘,,,,,‘产、宜孙,勺民场币岛电卜勺‘肠妞‘勿自比与‘甸、、勺,,、吸阮、派留,切口,,时润,,,的乃叻的‘门门,目甲,,令月川呻璐甲目闷曰闷卿,,,,甲,,的岔,,资伪如、沪囚‘弓呼确吐,,伪的阅叹囚悦,叨场急急,,、旦润润人凶,,,,日闪盆非卜侧‘叼,,勺劝乃‘弓勺‘比电,,山匕,‘补、,、言卜心口、、叫演口匆侣三’瓜口,,的,,的帅叻叹叹目,,的心,,甲口,,呼忆忆闪呼的,心翻呻哪知长,叫主闪口,,铆泣,,妞畔忆凶口,叫乞位绍泣,,,月、口忆泣影忆,月阅月口,,,,入忆曰月绍口甲伪呼月月心,,,,叫呻护闷甲阅,闷⋯“,叫段岛口‘阅‘‘、,,卜如卜肠‘每,臼‘肠、,、,,气,‘、阮、嗽月闪目月口,,终价叻口,,住的心,,心门口,,日,,铸弓咭口,,竺封甲川润由匕口,,口,,呼心闪心闷叼,,件口川动伪它、口呼闷伪人叫的讨,闷山呼呼,,,,,,,叫尸月、月,月,曰晌闷日目侧闷月,叫叔。翻目曰叫卜甲,,的卜七卜呼润呼帕,叫娜握霖,,的落身,,山的,闷的喻呻润七帅甲叻》公的囚乃心吧哈甲,,,,伙甲匀份,,代甲急、口,,的口,,口,,甲,,口,,甲,,口勺,,,,,嚼弓口,,口,,,闷侧八均七叫,卜门助心的哟帅叻帅‘,启的乃的口,,七卜公。得令自甲,,弓弓伪伪任、甲叫伪,,,日月力口,,甲,,斌、代目叫曰润的勺伙炯伙的口闷代目口,,叹润口,,,,闪口,,口,,,,叹闪润必八心口口,,勿目月的七,,甲月伪仍们口,,闷卜卜丫,,口乃叫侧暇呼口闷卜目,,呼呼呼呻呻呻砚呻哪,护划,,呻呼呼峨乃呼以,,卜呼甲,,弓乃七称肠卜撼岁卜卜公、卜,,卜卜,,七、公三卜卜挂勺卜卜卜卜卜卜皿卜居,,卜口卜亡,,中目口,,因口,,灼心勺刃价呻幻闪叼的的口勺叼闪甲,,每卯口匀呼的公卜们灼价的呼,,哪,,,帅公口卜勺七蒸翻娜切公姗那骊布八翻邓骊那骊公易·藻产⋯,产皿愈姗邓一,蒸琴愈至口四盛事’兴反愈珍兴早匕愈殡兴攀卜卫挤‘们弓卜卜够兴攀乏阅声、州户够兴、目护挂,】一、尹刘民、护余留翻书椒娜份日王印,反扬。厂,,同门尸尸口丫广尸门厂尸日厂厂日厂厂云口、习内川之气口口口巨口口户碗峪沟矿厂一广,,尸一,,,,,门日巨巨厂厂尸厂日巨口口口「拓醉︸污助器杯、、’同次,图低对组下冷铁口口口口气司门日口日尸、、一万一,,、、口口厂「口厂、、脑日日日日日州、、,,,,,,,、、‘厂「厂「口队口衬孕加「厂日口口翁习引四邓刀奋考火协目叫︺介爪义,众叹叹叹左大图】低组未下冷铁办、厂日日日日厂、、义、、一、、厂厂日厂,,,,写下足「尸尸日厂尸卜冈口口厂口「仁口一、、口一、卫、,只物川口口口日曰只‘图,一口组未下冷铁万已,豁沁阿“口口侧厂日「门日只万口「气、、一门一口州目喇口日门口口囚公日才夕口‘,二日,、曰卜二乌留沙了‘”‘,,【当止生巨纽邺后砂门日日区,,门‘口一一一,,,,,,、曰门一一一‘一一一一一‘亏口口口口口日,‘二。七︺刀兮之︺认口晚以盆︺图,一。组下冷铁日日月日口之日日「日口介、‘气、、、,,,、丫口盯日日门一一口州自目口户口,日尸户阵口口口匕叫目勺卜,,目—‘州一一卜一一侧门「一王‘,前父早加’口口口口口口图犷组未下冷铁日曰用口闪尺口,,气下忿阿。、萨少工田口日日田口口狡沉艺赚了抽磷才又不不歹扮沪日门田口口‘户,图。一对。一犷组木下冷铁里苏对上述各组疲劳试验,做以下讨论。①低锰普通球铁,经等温淬火后,其弯曲疲劳极限为烤耐。基体组织中,有少量白亮区,其余皆为下贝氏体,石墨球径为一。二二,弯曲疲劳极限和抗拉强度之比约在肠左右。②低锰球铁和铜铝合金球铁,在试样底部下冷铁,经高温退火后再经等温淬火,石墨球径减小为一,圆整程度提高,弯曲疲劳极限分别由么及水提高到初’及’,这二组试样用同样结果,说明了石墨球径减小,圆整程度提高,对提高弯曲疲劳极限是有效措施之一。但铜钥钒合金球铁例外,下冷铁之后,疲劳极限明显下降,低于爪二’,由于试棒用完,没有得出通过转的确切数据。这说明含钒球铁不能下冷铁,原因尚未查清。③用精铸的方法铸造螺旋伞齿轮及一般伞齿轮是广大中小工厂的需要。直接铸齿,不宜采用下冷铁的办法,而应采用合金化的方法。在低锰球铁中加入铜钥合金,弯曲疲劳极限为岁’,较低球铁提高一二’,可见用铜合金化仍是起作用的,但效果不够突出。④用犷,。合金球铁,经等温淬火后,得到了大于岁二书的弯曲疲劳极限。这个结果引起了我们的注视,很明显这是钒的合金化的作用。为验证这种结果的重现性,又安排了低锰钒及低锰钒铜二组合金球铁的试验,低锰钒组的弯曲疲劳极限为无二二’,钒铜组数据不够规律,弯曲应力为二二’时通过了转。但降低到岁竺时没有通过,由于试棒用尽没得出确切数据。在提高弯曲疲劳极限方而试验过的合金元素中,钒的表现最为突出,不论是单加钒,或多元合金化,都起类似作用,因此我们认为以钒为主要合金元素的单元或多元合金化是受交变应力,延长疲劳寿命的有希望的超高强度球铁品种。由于我国镍铬等合金元素,当前供应比较函难,因此根据国内资源选择合金元素是必要的。⑤在低锰合金球铁中,只要加入的合金元素不过多,白亮区一般数量不大,故而不是主要矛盾。从以上试验结果看,存在一定数量的白亮区对疲劳性能影响不大。⑥铜固溶于下贝氏体中,对稳定综合机械性能有利,但对疲劳极限的提高,没有很明显作用。铂虽不固溶于下贝氏体中,有富。的白亮区,但从试验结果看,应起微弱的强化作用,钒大部分固溶于下贝氏体中,细化贝氏体针,对提高疲劳极限的作用比较明显,加祝时,硅控制在一之间。六、球铁齿翰的制造及装机就膝在超高强度球铁材质初步确定的情况一,我们选择了东风拖拉机受力较大的齿轮—大圆锥齿轮及挡直齿齿轮见前面齿轮照片,进行制造,并装机试验。大圆锥齿轮螺旋伞齿轮和直齿齿轮的主要尺寸参数见下表。形模”态汽撇“”粼恐片一⋯⋯任一⋯大圆锥齿轮圆一挡从动齿轮渐浇注齿轮的球墨铸铁是在三吨冲天炉中熔炼的,合金的加入及球化处理与第一部分所述相同球铁齿轮的化学成分见下表丁一万二二业一竺一一述一巡型一二一一、三一一’”一里一一‘塑一,“一犷一‘“一竺月犷一‘犷“‘球铁··‘。·卜二”‘·。“。·。‘竺义止互二兰巴兰齿轮毛坯经过℃,小时的高滥退火后,进行机械加工,由于基体为肠的铁素体,所以车形和铣齿等加工性能很好,生产效率较对钢齿轮提高。倍。齿轮经等温淬火后,尺寸膨胀率为一,与渗碳淬火的钢同种齿轮相比,经等温淬火的球铁齿轮变形量小,所以在装机时啮合的很好,无需经预先的配对和编组。齿轮装机后发往地点及使用时间见下表拖拉机号「齿轮编号使用单位出厂时间使用时间小时使用时间小时赤峰市东郊大队盘锦坝墙子农场新城子郎家寺大队新城子尚小大队沈阳市北陵农场沈阳市宁关大队年月⋯一鲤竺一刀年月齿轮经过近六年的装机运行耕地、运输,情况良好。结束捂通过近六年的装机考核,对超高强度球墨铸铁制造齿轮逐步提高了认识,我们感到一①超高强度球墨铸铁制造齿轮是有前途的,这种方法符合鼓足干劲,力争上游,多快好省地建设社会主义的总路线,工艺过程不太复杂,中小型工厂能够执行,便于推广应用,成本约降低一,从技术方面看,超高强度球墨铸铁在抗拉强度、冲击性方面已达到对钢水平。硬度稍低,但由于球墨铸铁本身含有石墨相,或山于石墨脱落形成孔穴,都有利于滑润,通过我们和其它厂的实践证明,贝氏体球铁斗有优良的耐磨损性能。②球铁的弯曲疲劳极限偏低,但是从东风拖拉机大元锥齿轮的设计资料看,弯曲应力只有岁二二’,小于球铁的弯曲疲劳极限,正因为这种凉因,所以齿轮口前运转近六年,在六个试验点上都未发现问题,所以超高强度球墨铸铁应川于弯曲疲劳极限大于设计的弯曲应力的齿轮方面,是站得住脚的,但是也必须指出,如何进一步提高球铁的弯曲疲劳极限仍是今后努力的方向。③超高强度球铁的成分必须严格控制,并不是用普通球铁就能稳定生产的,其特点是低对。肠以下低尸又帕以下以保证冲击韧性及缩短等温转变时间。在不产生铸造缺陷的条件下,提高量,以加速等温转变及稳定值。④合金元素对稳定机械性能是起作用的,钒对提高今曲疲劳极限有效果,少址铝仍是有益无害的。故而我们认为低,高’铜铝或铜铂筑合金化是比较合宜的。工艺中下冷铁细化球径提高圆整程度也是提高球铁综合性能的有效措施。⑤贝氏体球铁具有优良的耐磨损性能,我们拟扩大到其它耐磨损零件的生产试验中去,以进一步考验其耐磨损性能。参考文献①沈阳齿轮厂沈阳铸造研究所稀土镁相球墨铸铁的试验研究及其在拖拉机齿轮方面的生产应用川了沙以”叼幻山益水”日新疆第一农业机械厂稀土镁韧性铸态球墨铸铁在农机和汽车另件上的应用。德永洋一于万于铜系铸铁刃曲线仁耘廿易,炭素硅素万,磷、硫黄的影响铸物第卷第号北京钢铁学院国外铸钢的发展概况五二研究所超高强度球铁的试验北京机械院厂球墨铸铁齿轮的试验。,,一,,,月曰益八,板,户人,石,。人‘铸物卷号②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩执笔人杨景祥邓廷海马士闻田宝俊