【正文】 高，合金元素容易燒損氧化，且澆注時，容易出現(xiàn)內(nèi)部縮孔和縮松缺陷。實驗表明：當(dāng)溫度在1450℃左右時，球鐵的流動性較高好；故可以選擇澆鑄溫度在1450℃以上，過熱溫度在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)合來達(dá)到雙重的效果，其中球化過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，使得石墨在形核長大過程中，沿著球狀長大。一般工廠里采用的球化劑有：稀土（1%）鎂硅合金MgRe 1SiFe，無稀土鎂硅合金MgSiFe及純鎂；鎳鎂硅合金在國外也用于球化劑使用，但國內(nèi)沒有生產(chǎn)過。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；國外普遍采用NiMg合金進(jìn)行球鐵球化處理，沈陽鑄造研究所試驗后，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，減少過冷度。同時國外的資料顯示：只球化，而沒有孕育處理過的鐵水中的石墨形態(tài)達(dá)不到球化的效果；換句話說就是只有孕育和球化處理兩者結(jié)合起來才能獲得很好的球狀石墨，球鐵白口傾向大，故孕育的另一個主要目的是消除白口，通過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。本試驗孕育處理進(jìn)行了高效孕育劑試驗與大劑量孕育試驗兩方面工作。高效孕育劑試驗主要采取高效孕育劑，采用富士科250900型孕育劑搭配試驗，250900含有少量的鈣、鋁、鋇，可促進(jìn)形核，抑制碳化物形成，延長孕育衰退時間；對提高球鐵的球化率、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，%。本試驗參照德國牌號第一章所列的GGGNi35Si5Cr2成分要求，進(jìn)行40公斤/爐的試棒與階梯試樣澆注試驗。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) 成分抗拉強度（ MPa）延伸率（% ） 硬度（ HB）性能550 179第 2 節(jié) 分析與測試方法 熱疲勞試驗方法所謂熱疲勞，是指材料經(jīng)受溫度變化時，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。因此熱疲勞性能測試為本實驗的重點。熱疲勞試驗是一種定性的試驗，是研究耐熱鑄鐵材料性能不可缺少的試驗。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)的裂紋長度或規(guī)定裂紋長度的循環(huán)次數(shù)。熱疲勞抗力是評價金屬材料熱疲勞性能的重要指標(biāo)。在熱疲勞試驗中最重要的四個參數(shù)分別是上限溫度T max、下限溫度T min、加熱時間t 1和冷卻時間t 2。本文熱疲勞試驗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)裂紋并擴展的過程。示。熱循環(huán)下限溫度恒定為室溫，冷卻介質(zhì)為自來水。由于利用實際的鑄件進(jìn)行熱疲勞試驗，耗費大量的時間，并且實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。本實驗所用材料尺寸為15mm10mm10mm的無缺口塊狀試樣。取三個平行試樣的平均值作為試驗數(shù)據(jù)。為了分析實驗數(shù)據(jù)，此實驗中準(zhǔn)備了多個鑄態(tài)試樣，其中一個試樣不做任何處理，作為參照。其余試樣分成兩組，做上限溫度分別為900℃、850℃的實驗。每組中試樣熱循環(huán)次數(shù)不同。兩組實驗中試樣均在爐中加熱10min，后取出迅速水冷，試樣溫度降到實驗下限溫度及室溫時，再放入爐中加熱，如此循環(huán)。圖 熱疲勞試驗的工藝過程圖 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 型號掃描電鏡、和 OlympusPMG3 型號金相顯微鏡對高硅鉬球墨鑄鐵試樣顯微組織進(jìn)行觀察與分析。(2) 采用上述同種型號的掃描電鏡觀察熱疲勞裂紋形貌及裂紋萌生和擴展特征，并分析在熱疲勞試驗過程中高溫氧化情況。第 3 節(jié) 實驗設(shè)備簡介 冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡（JSM6700F）冷場發(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)、二次電子探測器、背散射電子探測器、X 射線能譜儀等附件組成?？蛇M(jìn)行二次電子圖像觀察；背散射電子圖像觀察；利用長度測量功能，在圖像上進(jìn)行尺寸測定，測定值自動粘貼于圖像上；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：大功率 X 射線發(fā)生器（18kW） ；高強度測角儀（半徑285mm） ；高分辨率平行光束光學(xué)系統(tǒng)；Jade 高度分析功能；自動測試處理功能。多目的樣品臺附件：集合組織測試、各種金屬材料、陶瓷材料的參與應(yīng)力測試，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、水泥材料的評價、熔融樣品析出相得檢驗。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)、長周期結(jié)構(gòu)。中低溫附件：溫度范圍180℃300 ℃，升降溫過程中或在一定溫度下進(jìn)行 X 衍射測試。如油脂、大分子結(jié)晶性評價，金屬的變態(tài)、半導(dǎo)體材料的評價。另外本實驗中還曾用了箱式電阻爐加熱試樣，在試樣觀察過程中使用了電子顯微鏡及 OlympusPMG3 型號金相顯微鏡。第 3 章 實驗中裂紋形成及擴展第 1 節(jié) 試樣的處理方法本實驗所用材料尺寸為15mm10mm10mm的無缺口塊狀試樣，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℃，加熱時間t 1=10min，冷卻時間 t2=10s，循環(huán)次數(shù)不等。試樣經(jīng)過熱疲勞處理后，會出現(xiàn)裂紋。由于各個試樣有所不同，加之加熱上限溫度也不同，每個試樣出現(xiàn)裂紋的熱疲勞次數(shù)不同。本試樣850℃為主要實驗溫度?！鎸嶒炆舷逌囟认虏煌臒崞谘h(huán)次數(shù)，及開始出現(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) 裂紋形成及擴展取幾個裂紋較典型的試樣觀察裂紋。試樣如圖 ，為實驗結(jié)束時試樣未經(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，推測此試樣應(yīng)為內(nèi)部有缺陷。該試樣裂紋形狀及擴展示意圖如下圖：圖 900℃溫度下有缺陷試樣裂紋擴展 The cracks’ extending of defective samples(a) (b)該試樣在 12 次熱疲勞時出現(xiàn)較寬裂紋，如圖 （a）為最開始即 12 次熱疲勞后的裂紋形狀，此時，試樣上裂紋兩邊金屬有向外翻翹。隨著實驗的進(jìn)行，熱疲勞次數(shù)增加，該試樣裂紋也在擴展延伸，如圖 （b）為熱疲勞進(jìn)行至 43 次時裂紋的擴展情況，可以看出裂紋不僅貫穿至整個平面，甚至延伸到相鄰兩面，同時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形貌 real appearance of defective samples after heat treatment under 900℃可見該試樣裂紋很寬，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，原來的長方體試樣已經(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展如下圖：圖 900℃溫度下典型試樣裂紋擴展 The cracks’ extending of typical samples（a） (b) (c)該試樣在熱疲勞 51 次開始首次出現(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，裂紋延伸至整個平面。圖 （c ）為熱疲勞次數(shù) 70 時，長裂紋貫穿整個平面后，隨著繼續(xù)進(jìn)行熱疲勞實驗，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，對試樣進(jìn)行多次熱疲勞（此試樣熱疲勞次數(shù)為 75） ，試樣會有裂紋產(chǎn)生，但是不會裂紋過大，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，此試樣在實驗過程中沒有異常裂紋出現(xiàn)，下圖為該試樣為850℃實驗溫度下裂紋形成及擴展示意圖：圖 850℃試樣裂紋擴展過程 The process of cracks’ extending of samples under 850℃（a）（b）(c) (d)在上限溫度為 850℃實驗溫度時，該試樣在熱疲勞進(jìn)行到 55 次是出現(xiàn)裂紋，如圖 （a ） ，此時裂紋不明顯，在實