平衡锰、硫含量,提高铸铁件强度


图2:在0.78%锰系列中硫含量(0.15%)升高的B试棒中的微观结构,说明大的共晶团由D型石墨包围。原始放大倍数=50倍。

美 国铸造协会及其铸铁分会于2013年资助并发布的一项研究表明,根据硫化锰在共晶温度下的极限溶解度来平衡锰和硫含量,可以优化灰铸铁的强度。当%Mn x%S等于0.02-0.04时,出现极限溶解度。

根据研究文献和实验,确定锰和硫的含量,有可能得到最佳的铸铁强度。

与此同时,2013年的研究对灰铸铁中锰和硫的关系提出了一些问题:

  • 微观结构的变化会引起强度发生变化吗?
  • 当锰和硫的含量达到平衡并获得最佳铸铁强度时,锰和硫的变化将如何影响微观结构,尤其是石墨结构?
  • 珠光体的硬度是否会导致强度变化?
  • 锰和硫的最佳平衡是否对所有碳当量值(除4.0外)都具有类似的强化效果?
  • 通过锰和硫的平衡,可以使灰铸铁比蠕墨铸铁更具竞争力吗?
  • 达到最佳强度的平衡是否会导致机械加工出现问题?
  • 锰和硫的适当平衡是否减少了对补充合金化的需求?
  • 采用最佳平衡时,孕育反应是否会发生变化?考虑以较低的%Mnx%S比例评估各种孕育剂,其中预共晶的硫化锰沉淀已被抑制。

研究还在继续,最新研究的重点是对原来研究中96个金相试样的微观结构进行更彻底的评估。进行更多的力学性能测试,并且还进行了拉伸试样的断口检查。
分析包括:

  • 进一步研究石墨结构;
  • 更全面地分析铸件各部位的共晶团数量;
  • 确定基体(珠光体)硬度及其对拉伸强度的影响;
  • 随着硫元素的增加,研究在共晶团边界D型石墨的形成;
  • 研究所有铸件中针状石墨和胞状晶间碳化物的发展趋势;
  • 对B、C和3英寸棒材中的选定材料进行拉伸实验,特别是那些具有最高和最低强度的棒材。测试包括精确的应力-应变曲线。

评估测试数据的目的是找到材料属性、微观结构和成份之间的相关性。具体而言,测试将能够确定随着硫含量增加导致强度降低的原因。预期的结果是,断口研究可能揭示出导致强度降低的机制。

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