【正文】 高，合金元素容易燒損氧化，且澆注時(shí)，容易出現(xiàn)內(nèi)部縮孔和縮松缺陷。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)溫度在1450℃左右時(shí)，球鐵的流動(dòng)性較高好；故可以選擇澆鑄溫度在1450℃以上，過(guò)熱溫度在1600℃左右。 球化處理在鑄鐵中石墨形態(tài)直接影響著鑄件的機(jī)械性能，為了得到均勻而細(xì)小的球狀石墨，我們常采用球化和孕育相結(jié)合來(lái)達(dá)到雙重的效果，其中球化過(guò)程是保證鑄鐵的組織中石墨形態(tài)由片狀變?yōu)榍驙畹闹匾に?；它是根?jù)Mg合金能夠改善石墨表面能，使得石墨在形核長(zhǎng)大過(guò)程中，沿著球狀長(zhǎng)大。一般工廠里采用的球化劑有：稀土（1%）鎂硅合金MgRe 1SiFe，無(wú)稀土鎂硅合金MgSiFe及純鎂；鎳鎂硅合金在國(guó)外也用于球化劑使用，但國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)過(guò)。一般而言，隨著含鎂量的增加，反應(yīng)的劇烈程度加劇，形渣率增加，但處理效果和鎂的回收率反而下降；較好的加入方式分別為：形內(nèi)，包底和隨流。低鎂合金的球化效果，反應(yīng)劇烈程度，鎂吸收率等都較理想，尤其是鎳基球化劑；國(guó)外普遍采用NiMg合金進(jìn)行球鐵球化處理，沈陽(yáng)鑄造研究所試驗(yàn)后，也認(rèn)為NiMg金是最好的球鐵球化處理劑。因此我們采用鎳鎂合金來(lái)進(jìn)行球鐵球化處理。 孕育處理孕育處理是繼球化處理之后的改善鐵水質(zhì)量的重要手段，提供更多的異質(zhì)形核，使石墨的數(shù)量更多，圓整度好，減少過(guò)冷度。同時(shí)國(guó)外的資料顯示：只球化，而沒(méi)有孕育處理過(guò)的鐵水中的石墨形態(tài)達(dá)不到球化的效果；換句話說(shuō)就是只有孕育和球化處理兩者結(jié)合起來(lái)才能獲得很好的球狀石墨，球鐵白口傾向大，故孕育的另一個(gè)主要目的是消除白口，通過(guò)良好的孕育增加石墨球數(shù)，避免鑄件產(chǎn)生共晶碳化物并減少晶間碳化物的量。本試驗(yàn)孕育處理進(jìn)行了高效孕育劑試驗(yàn)與大劑量孕育試驗(yàn)兩方面工作。高效孕育劑試驗(yàn)主要采取高效孕育劑，采用富士科250900型孕育劑搭配試驗(yàn)，250900含有少量的鈣、鋁、鋇，可促進(jìn)形核，抑制碳化物形成，延長(zhǎng)孕育衰退時(shí)間；對(duì)提高球鐵的球化率、減少鑄件的壁厚敏感性、延緩孕育衰退有明顯、穩(wěn)定一致的效果，%。本試驗(yàn)參照德國(guó)牌號(hào)第一章所列的GGGNi35Si5Cr2成分要求，進(jìn)行40公斤/爐的試棒與階梯試樣澆注試驗(yàn)。在要求范圍內(nèi)成分有所調(diào)整，達(dá)到規(guī)定化學(xué)成分要求。綜上述處理后高硅鉬球墨鑄鐵化學(xué)成分和性能如下：表21高硅鉬球墨鑄鐵的成分和性能 the position and properties of Highsilicon molybdenum ductile ironC Si Mn P S Mo化學(xué) 成分抗拉強(qiáng)度（ MPa）延伸率（% ） 硬度（ HB）性能550 179第 2 節(jié) 分析與測(cè)試方法 熱疲勞試驗(yàn)方法所謂熱疲勞，是指材料經(jīng)受溫度變化時(shí)，引起自由膨脹、收縮收到了約束而產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變，最終導(dǎo)致龜裂而破壞的現(xiàn)象。熱疲勞性能將直接影響高硅鉬球墨鑄鐵在排氣歧管中的使用壽命。因此熱疲勞性能測(cè)試為本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。熱疲勞試驗(yàn)是一種定性的試驗(yàn)，是研究耐熱鑄鐵材料性能不可缺少的試驗(yàn)。金屬材料在熱應(yīng)力反復(fù)作用下抵抗破壞的能力為熱疲勞抗力，表示方法通常為規(guī)定循環(huán)次數(shù)的裂紋長(zhǎng)度或規(guī)定裂紋長(zhǎng)度的循環(huán)次數(shù)。熱疲勞抗力是評(píng)價(jià)金屬材料熱疲勞性能的重要指標(biāo)。在熱疲勞試驗(yàn)中最重要的四個(gè)參數(shù)分別是上限溫度T max、下限溫度T min、加熱時(shí)間t 1和冷卻時(shí)間t 2。本文熱疲勞試驗(yàn)是將試樣從下限溫度加熱到上限溫度后再快冷到下限溫度，如此反復(fù)，直至試樣表面出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展的過(guò)程。示。熱循環(huán)下限溫度恒定為室溫，冷卻介質(zhì)為自來(lái)水。由于利用實(shí)際的鑄件進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，耗費(fèi)大量的時(shí)間，并且實(shí)際工作條件下的影響因素較多，難以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，因此在本文中采用小試樣替代鑄件進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)所用材料尺寸為15mm10mm10mm的無(wú)缺口塊狀試樣。取三個(gè)平行試樣的平均值作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)備了多個(gè)鑄態(tài)試樣，其中一個(gè)試樣不做任何處理，作為參照。其余試樣分成兩組，做上限溫度分別為900℃、850℃的實(shí)驗(yàn)。每組中試樣熱循環(huán)次數(shù)不同。兩組實(shí)驗(yàn)中試樣均在爐中加熱10min，后取出迅速水冷，試樣溫度降到實(shí)驗(yàn)下限溫度及室溫時(shí)，再放入爐中加熱，如此循環(huán)。圖 熱疲勞試驗(yàn)的工藝過(guò)程圖 The process of thermal fatigue testing 微觀組織分析(1) 采用 D/max 2500 PC X 射線衍射儀 、JSW5310 和 JXA840 型號(hào)掃描電鏡、和 OlympusPMG3 型號(hào)金相顯微鏡對(duì)高硅鉬球墨鑄鐵試樣顯微組織進(jìn)行觀察與分析。(2) 采用上述同種型號(hào)的掃描電鏡觀察熱疲勞裂紋形貌及裂紋萌生和擴(kuò)展特征，并分析在熱疲勞試驗(yàn)過(guò)程中高溫氧化情況。第 3 節(jié) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（JSM6700F）冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（JSM6700F ）Cold Field Emission Scanning Electron Microscope(JSM6700F)，該儀器是先進(jìn)的表面分析儀器，由真空系統(tǒng)、電子光學(xué)系統(tǒng)、二次電子探測(cè)器、背散射電子探測(cè)器、X 射線能譜儀等附件組成。可進(jìn)行二次電子圖像觀察；背散射電子圖像觀察；利用長(zhǎng)度測(cè)量功能，在圖像上進(jìn)行尺寸測(cè)定，測(cè)定值自動(dòng)粘貼于圖像上；可自由改變圖像尺寸。此儀器性能有：高放大率；高分辨率；優(yōu)質(zhì)圖像。 D/max 2500 PC X 射線衍射儀該設(shè)備的特點(diǎn)：大功率 X 射線發(fā)生器（18kW） ；高強(qiáng)度測(cè)角儀（半徑285mm） ；高分辨率平行光束光學(xué)系統(tǒng)；Jade 高度分析功能；自動(dòng)測(cè)試處理功能。多目的樣品臺(tái)附件：集合組織測(cè)試、各種金屬材料、陶瓷材料的參與應(yīng)力測(cè)試，金屬材料上的氧化、氧化皮及膜等的殘余應(yīng)力，玻璃、硅、金屬基板上的多層膜的分析。高溫附件：溫度范圍室溫~1400℃，了解高溫加熱中樣品的晶體結(jié)構(gòu)變化或各種物質(zhì)相互溶解度變化。如金屬、陶瓷等狀態(tài)圖的制作、水泥材料的評(píng)價(jià)、熔融樣品析出相得檢驗(yàn)。小角散射附件：多孔性材料的空隙、形狀，多層膜人工晶格的周期結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)。中低溫附件：溫度范圍180℃300 ℃，升降溫過(guò)程中或在一定溫度下進(jìn)行 X 衍射測(cè)試。如油脂、大分子結(jié)晶性評(píng)價(jià)，金屬的變態(tài)、半導(dǎo)體材料的評(píng)價(jià)。另外本實(shí)驗(yàn)中還曾用了箱式電阻爐加熱試樣，在試樣觀察過(guò)程中使用了電子顯微鏡及 OlympusPMG3 型號(hào)金相顯微鏡。第 3 章 實(shí)驗(yàn)中裂紋形成及擴(kuò)展第 1 節(jié) 試樣的處理方法本實(shí)驗(yàn)所用材料尺寸為15mm10mm10mm的無(wú)缺口塊狀試樣，冷卻方式為水冷，加熱循環(huán)上限溫度T max=850℃，900℃，下限溫度T min=25℃，加熱時(shí)間t 1=10min，冷卻時(shí)間 t2=10s，循環(huán)次數(shù)不等。試樣經(jīng)過(guò)熱疲勞處理后，會(huì)出現(xiàn)裂紋。由于各個(gè)試樣有所不同，加之加熱上限溫度也不同，每個(gè)試樣出現(xiàn)裂紋的熱疲勞次數(shù)不同。本試樣850℃為主要實(shí)驗(yàn)溫度?！鎸?shí)驗(yàn)上限溫度下不同的熱疲勞循環(huán)次數(shù)，及開(kāi)始出現(xiàn)裂紋的次數(shù)。表 850℃下各試樣處理方法 The treatment of samples under 850℃試樣 熱疲勞循環(huán)次數(shù) 開(kāi)始出現(xiàn)裂紋的次數(shù)1 50 502 80 513 110 514 145 515 170 55第 2 節(jié) 裂紋形成及擴(kuò)展取幾個(gè)裂紋較典型的試樣觀察裂紋。試樣如圖 ，為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣未經(jīng)處理所拍攝。圖 850℃溫度下試樣外形及裂紋 The shape of samples and cracks under 850℃900℃溫度下一試樣在循環(huán)次數(shù)為 12 時(shí)首先出現(xiàn)裂紋，較其他試樣首次出現(xiàn)裂紋早很多，并且裂紋較寬，推測(cè)此試樣應(yīng)為內(nèi)部有缺陷。該試樣裂紋形狀及擴(kuò)展示意圖如下圖：圖 900℃溫度下有缺陷試樣裂紋擴(kuò)展 The cracks’ extending of defective samples(a) (b)該試樣在 12 次熱疲勞時(shí)出現(xiàn)較寬裂紋，如圖 （a）為最開(kāi)始即 12 次熱疲勞后的裂紋形狀，此時(shí)，試樣上裂紋兩邊金屬有向外翻翹。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，熱疲勞次數(shù)增加，該試樣裂紋也在擴(kuò)展延伸，如圖 （b）為熱疲勞進(jìn)行至 43 次時(shí)裂紋的擴(kuò)展情況，可以看出裂紋不僅貫穿至整個(gè)平面，甚至延伸到相鄰兩面，同時(shí)在裂紋垂直方向上裂紋兩邊也有次生裂紋生成。該試樣處理結(jié)束后的試樣形貌如下圖 ：圖 900℃有缺陷試樣熱處理后真實(shí)形貌 real appearance of defective samples after heat treatment under 900℃可見(jiàn)該試樣裂紋很寬，試樣側(cè)面裂紋已經(jīng)快延伸至底面，有斷裂傾向。而且此試樣有很明顯的變形，原來(lái)的長(zhǎng)方體試樣已經(jīng)有扭曲現(xiàn)象。取一上限溫度為 900℃的試樣進(jìn)行觀察。該試樣裂紋形狀及擴(kuò)展如下圖：圖 900℃溫度下典型試樣裂紋擴(kuò)展 The cracks’ extending of typical samples（a） (b) (c)該試樣在熱疲勞 51 次開(kāi)始首次出現(xiàn)裂紋，如圖 （a）所示，裂紋較細(xì)，自中間產(chǎn)生，金屬有微小變形。圖 （b）為熱疲勞至 62 次時(shí)，裂紋延伸至整個(gè)平面。圖 （c ）為熱疲勞次數(shù) 70 時(shí)，長(zhǎng)裂紋貫穿整個(gè)平面后，隨著繼續(xù)進(jìn)行熱疲勞實(shí)驗(yàn)，在原有裂紋的兩側(cè)有次生裂紋出現(xiàn)，試樣裂紋繼續(xù)擴(kuò)展。處理結(jié)束后的該試樣形貌如下圖 ：圖 900℃溫度下典型試樣處理后真實(shí)形貌 real appearance of defective samples after heat treatment under 900℃由圖 可看出，正常情況下，900℃為上限溫度時(shí)，對(duì)試樣進(jìn)行多次熱疲勞（此試樣熱疲勞次數(shù)為 75） ，試樣會(huì)有裂紋產(chǎn)生，但是不會(huì)裂紋過(guò)大，使試樣有斷裂傾向。試樣表面除了在圖 中標(biāo)出的裂紋外，還有些細(xì)小雜亂的裂紋。高硅鉬球鐵汽車(chē)排氣歧管主要工作溫度是 850℃故在此上限溫度下進(jìn)行的熱疲勞次數(shù)較 900℃上限溫度的次數(shù)多。取 850℃上限溫度下進(jìn)行熱疲勞次數(shù)最多的試樣，此試樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有異常裂紋出現(xiàn)，下圖為該試樣為850℃實(shí)驗(yàn)溫度下裂紋形成及擴(kuò)展示意圖：圖 850℃試樣裂紋擴(kuò)展過(guò)程 The process of cracks’ extending of samples under 850℃（a）（b）(c) (d)在上限溫度為 850℃實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，該試樣在熱疲勞進(jìn)行到 55 次是出現(xiàn)裂紋，如圖 （a ） ，此時(shí)裂紋不明顯，在實(shí)