張錦;賈成璽;馬榮華【摘要】采用不同的碳當(dāng)量，對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)用灰鑄鐵材料的化學(xué)成分進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),改進(jìn)前硅碳含量比cSi/cC=0.63,改進(jìn)后硅碳含量比cSi/cC=0.7左右，對(duì)改進(jìn)前后附鑄試棒的靜力學(xué)性能和疲勞性能進(jìn)行了檢測(cè).結(jié)果表明：當(dāng)碳當(dāng)量cCE=3.80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、硅碳含量比cSi/cC=0.7左右時(shí)，灰鑄鐵材料的各項(xiàng)性能均處于較好狀態(tài)；硅碳含量比cSi/cC高的材料，其彈性模量也高,而抗拉強(qiáng)度和規(guī)定總延伸強(qiáng)度又均隨彈性模量的提高而提高；相同疲勞環(huán)境下，彈性模量高的材料，其疲勞循環(huán)周次也高；經(jīng)改進(jìn)后，試驗(yàn)灰鑄鐵材料的抗拉強(qiáng)度在330~350MPa、彈性模量在185000-195000MPa,拉拉疲勞極限在47.5~51MPa.%Usingdifferentcarbonequivalentcontents,thechemicalcompositionsofgraycastironmaterialusedforanenginewereimprovedandoptimizedwiththeratioofsiliconcontenttocarboncontent(cSi/cC)changingfrom0.63(beforeimprovement)to0.7(afterimprovement),andthestaticmechanicalpropertiesandfatiguepropertiesoftheattachedcasttestblocksweretestedbeforeandafterimprovement.TheresultsshowthatwhenthecarbonequivalentcontentcCE=3.80%(mass)andcSi/cC=0.7,theperformancesofthegraycastironmaterialwereingoodcondition.ThematerialwithhighercSi/cChadhigherelasticmodulus,andthetensilestrengthandtotalextensionproofstrengthalsoincreasedwiththeincreaseofelasticmodulus.Underthesamefatiguecondition,thematerialwithhigherelasticmodulushadhigherfatiguecycles.Afterimprovement,thetensilestrengthofthegraycastironmaterialwas330~350MPa,theelasticmoduluswas185000~195000MPa,andthetensilefatiguelimitwas47.5~51MPa.【期刊名稱(chēng)】《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》【年(卷)，期】2016(052)008【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P567-569,588)【關(guān)鍵詞】灰鑄鐵;硅碳含量比;抗拉強(qiáng)度;彈性模量;規(guī)定總延伸強(qiáng)度;疲勞循環(huán)周次;疲勞極限【作者】張錦;賈成璽;馬榮華【作者單位】寧夏共享集團(tuán)股份有限公司檢測(cè)中心，銀川750021;寧夏共享集團(tuán)股份有限公司檢測(cè)中心，銀川750021;寧夏共享集團(tuán)股份有限公司檢測(cè)中心，銀川750021【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TG142.1;TG115.1發(fā)動(dòng)機(jī)用灰鑄鐵材料在服役過(guò)程中不僅受到靜力載荷的作用，還會(huì)受到遠(yuǎn)小于靜強(qiáng)度的交變載荷的作用，所以材料不僅要有一定的靜強(qiáng)度，還必須要有一定的抗疲勞性能。用戶規(guī)范要求：某發(fā)動(dòng)機(jī)用灰鑄鐵件35mm厚壁處的抗拉強(qiáng)度Rm>310MPa,同時(shí)要對(duì)此材料的疲勞性能進(jìn)行研究。為此，筆者通過(guò)參閱相關(guān)資料進(jìn)行分析，對(duì)此材料的化學(xué)成分進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，并對(duì)其靜力學(xué)性能和疲勞性能進(jìn)行了研究。根據(jù)規(guī)范要求，采用鑄件壁厚35mm處的附鑄試塊進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)際生產(chǎn)初期，對(duì)附鑄試塊按照ASTME8-2015加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在室溫下檢測(cè)其靜力學(xué)性能指標(biāo)，結(jié)果表明抗拉強(qiáng)度平均值低于用戶規(guī)范要求的310MPa。該附鑄試塊的化學(xué)成分及力學(xué)性指標(biāo)平均值見(jiàn)表1中的改進(jìn)前試驗(yàn)結(jié)果，可以看出改進(jìn)前碳當(dāng)量cCE=3.79%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，硅碳含量比cSi/cC=0.63。經(jīng)查閱資料，當(dāng)碳當(dāng)量cCE=3.8%時(shí)，有如下結(jié)論。當(dāng)硅碳含量比cSi/cC從0.5-0.7T0.9變化時(shí)，鑄鐵組織出現(xiàn)從珠光體+共晶萊氏體+E型石墨-珠光體+片狀石墨-珠光體+鐵素體+D型石墨變化［1］。當(dāng)硅碳含量比cSi/cC從0.5-0.7-0.9變化時(shí)，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度呈拋物線狀變化，硬度呈下降趨勢(shì)。在cSi/cC=0.7時(shí)，抗拉強(qiáng)度最大為357MPa，硬度為238HB［1］。⑶硅錳含量差值cSi-cMn一般控制在1.1%~1.4%，低于1.4%時(shí)材料強(qiáng)度變化不大，相同硅錳含量差值cSi-cMn，硅碳含量比cSi/cC高的材料其強(qiáng)度也較高［2］。根據(jù)以上結(jié)論，選擇不同碳當(dāng)量cCE化學(xué)成分，并將硅碳含量比cSi/cC控制在0.7左右進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)試驗(yàn)，實(shí)測(cè)化學(xué)成分見(jiàn)表1中改進(jìn)后1,2,3試驗(yàn)結(jié)果。室溫下檢測(cè)改進(jìn)后附鑄試塊的靜態(tài)力學(xué)性能指標(biāo)，其平均值見(jiàn)表1,同時(shí)求出每種成分附鑄試塊的硅碳含量比cSi/cC、硅錳含量差值cSi-cMn、共晶度、成熟度、硬化度、品質(zhì)等填入表1。2.1抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果分析對(duì)表1中改進(jìn)前后灰鑄鐵材料的抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果分析如下。改進(jìn)后硅碳含量比cSi/cC提高，材料抗拉強(qiáng)度提高，滿足用戶規(guī)范要求。硅碳含量比cSi/cC在0.7左右時(shí)，材料抗拉強(qiáng)度平均值在330MPa左右，實(shí)際最大抗拉強(qiáng)度在350MPa左右，與文獻(xiàn)資料一致。硅碳含量比cSi/cC在0.7左右變化不大時(shí)，硅錳含量差值cSi-cMn低的材料強(qiáng)度稍高。⑷當(dāng)碳當(dāng)量cCE=3.80%、硅碳含量比cSi/cC=0.7時(shí)，材料強(qiáng)度較高，而且適宜的化學(xué)成分使共晶度為0.97、成熟度為1.53、硬化度為1.10、品質(zhì)系數(shù)為1.39,均處于較好狀態(tài)。⑸當(dāng)碳當(dāng)量控制較高，cCE=3.86%時(shí)，硅碳含量比cSi/cC在0.7左右時(shí)，材料平均抗拉強(qiáng)度略有下降，但共晶度較高。以上結(jié)論是由于高的硅碳含量比cSi/cC，增加了SiO2析出量，增加了異質(zhì)核心，促進(jìn)了初生奧氏體的形成，共晶團(tuán)數(shù)量增加，石墨析出減少，削弱了石墨對(duì)基體的割裂作用，從而材料強(qiáng)度提高；高的硅含量提高了共晶轉(zhuǎn)變臨界冷卻速率，促進(jìn)石墨化，減少白口化，減少D型和E型石墨的析出；同時(shí)硅含量高，固溶在奧氏體及鐵素體里的硅含量也會(huì)增加，固溶強(qiáng)化作用提高。2.2彈性模量、規(guī)定總延伸強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果分析利用電子拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)改進(jìn)前后材料的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，還根據(jù)GB/T22315-2008《金屬材料彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法》檢測(cè)了材料的彈性模量和規(guī)定總延伸強(qiáng)度。結(jié)果表明，硅碳含量比cSi/cC高的材料，其抗拉強(qiáng)度Rm高，彈性模量E也高，如圖1所示。而彈性模量E更能反映材料在工作應(yīng)力和殘余應(yīng)力作用下抵抗變形的能力，也反映了材料抵抗疲勞的能力。彈性模量同規(guī)定總延伸強(qiáng)度具有更高的相關(guān)性，如圖2所示。隨著彈性模量E的提高，規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.07提高，而資料顯示Rt0.07能代替拉壓疲勞極限［3］，也就是說(shuō)硅碳含量比cSi/cC提高，材料的彈性模量提高，規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.07提高，抗疲勞性能隨之提高。2.3疲勞性能檢測(cè)驗(yàn)證根據(jù)6日/丁3075-2008《金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法》進(jìn)行疲勞檢測(cè)驗(yàn)證試驗(yàn)［4］。取兩組試棒（每組6根，依次編號(hào)為1-1,1-2,將表2中第1組與第2組相同應(yīng)力幅的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，比如1-1試樣與2-1試樣進(jìn)行比較、1-2試樣與2-2試樣進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，彈性模量高的試樣，其規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.07高，疲勞循環(huán)周次也高。表2試驗(yàn)結(jié)果表明，試棒疲勞循環(huán)周次達(dá)107次時(shí)，其應(yīng)力幅在47.5~51MPa,并且試棒的抗拉強(qiáng)度基本在350MPa左右。當(dāng)灰鑄鐵材料的碳當(dāng)量cCE=3.8%、硅碳含量比cSi/cC=0.7時(shí)，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)330~350MPa;適宜的化學(xué)成分使灰鑄鐵材料的共晶度為0.97、成熟度為1.53、硬化度為1.10、品質(zhì)系數(shù)為1.39，均處于較好狀態(tài)。硅碳含量比cSi/cC高的材料，其彈性模量也高，而抗拉強(qiáng)度和規(guī)定總延伸強(qiáng)度又均隨彈性模量的提高而提高。⑶相同疲勞環(huán)境下，彈性模量和抗拉強(qiáng)度高的材料，其疲勞循環(huán)周次和拉拉疲勞極限也高。⑷經(jīng)化學(xué)成分改進(jìn)后，試驗(yàn)灰鑄鐵材料的抗拉強(qiáng)度在330~350MPa、彈性模量在185000~195000MPa，拉拉疲勞極限在47.5~51MPa。【相關(guān)文獻(xiàn)】夏青，劉亞民,姚定邦.Si/C對(duì)灰鑄鐵組織和性能的影響[J].鑄造技術(shù),2003,24(1):16-17.沈永華，潘東杰,黃列群.高強(qiáng)度灰鑄鐵的研究進(jìn)展[J