不同金相组织的QT450-10铸态球铁所对应的机械性能

    研究了具有不同金相组织的QT450-10铸态球铁所对应的机械性能。研究表明，对QT450-10铸态球铁的机械性能影响最大的因素是球铁的石墨形态，并给出了球化级别——机械性能曲线。在一定的条件下，当QT450-10铸态球铁的石墨球化级别为1～4级时，其机械性能合格。
   在大量的金相分析结果和机械性能试验数据的研究中发现，QT450-10铸态球铁的基体组织在珠光体数量＜30%，磷共晶数量＜1%的范围内，基体组织的变化，对球铁的机械性能影响不大。而对球铁机械性能变化起决定作用的却是球铁中石墨的形态即石墨球化级别。我厂生产的QT450-10球铁的石墨大小一般都在直径＜12 μm，这里的重点在于探讨在上述基体组织和石墨大小的条件下，石墨球化级别对QT450-10铸态球铁机械性能的影响。

    球铁的石墨分布很少以单一的形态出现在同一铸件中。最常见出现的有球状、团状、团片状和厚片状4种基本形态。这些形态石墨的组合，可以产生错综复杂的情况。

1、球化级别为1～2级的QT450-10铸态球铁的机械性能

    长期的生产实践证明，稀土镁球铁，石墨普遍地不圆整，较少有75%以上的石墨都是球状，即球化为1级的球铁。我们生产的球铁，石墨形态最好的，如图1所示。球状石墨占60%，其余为团状，极小部分为团片状、厚片状。相当于JB1802-76稀土镁球墨铸铁金相标准中球化1～2级之间的效果。当QT450-10铸态球铁的石墨具有图1形态石墨大小在3级以内且基体组织正常(指珠光体数量＜30%，磷共晶数量＜1%)时，其机械性能试验数据，见表1。即σb500～600 MPa，δ518%～22％，aK≥50 J/cm2，HB170～200。

图1　石墨以球状为主，球化1～2级之间　×100

表1　球化级别为1～2级之间的QT450-10铸态球铁的机械性能

注：表中的炉号、前两位数表示年份、后两位数表示为年的炉号。F为铁素体，P为珠光体。表中的机械性能、金相分析结果均是从单铸楔形试块中取样，其它表格情况一样。

2、球化级别为2级的QT450-10铸态球铁的机械性能

    当铸态球铁的石墨形状，如图2所示。石墨以球状(＜40%)，团状(约50%)为主，有少量呈团片状和厚片状，球化级别为2级。石墨大小在3级以内。如果铸态球铁的基体组织正常，其机械性能试验数据，见表2。即σb480～550 MPa，δ516%～20%，aK≥45 J/cm2，HB170～200。

图2　石墨以球状、团状为主，球化2级 ×100

表2　球化级别为2级的QT450-10铸态球铁的机械性能

3、球化级别为3级的QT450-10铸态球铁的机械性能

    当铸态球铁的石墨形态，如图3所示。石墨大部分为团状(60%)，余为球状及团片状(＜25%)，有少量厚片状石墨，球化级别为3级。如果铸态球铁的石墨大小在3级以内且基体组织正常。其机械性能试验数据，见表3。即σb450～550 MPa，δ512%～16%，aK≥35 J/cm2，HB170～200。

图3　石墨以团状为主，球化3级 ×100
表3　球化级别为3级的QT450-10铸态球铁的机械性能

4、球化级别为4级的QT450-10铸态球铁的机械性能

    当铸态球铁的石墨形态，如图4所示，石墨大部分呈团片状，余为球状、团状及厚片状，球化级别为4级。如果铸态球铁的石墨大小在3级以内且其基体组织正常，其机械性能试验数据，见表4。即σb＞450 MPa,δ5为：10%～14%，aK＞30 J/cm²，HB170～200。

图4　石墨以团片状为主，球化4级　×100
表4　球化级别为4级的QT450-10铸态球铁的机械性能

5、石墨以厚片状为主分布的QT450-10铸态球铁的机械性能

    石墨呈厚片状分布的情况有3种：即厚片状石墨呈分散分布，聚集分布和混合分布。

5.1　分散分布

如图5所示，石墨大部分呈分散分布的厚片状，余为球状、团状、团片状，球化级别为5级。

图5　石墨以厚片状为主呈分散分布，球化5级　×100

5.2　聚集分布

如图6所示。几条以上的厚片状石墨丛生一处呈聚集分布，与少量球状、团状共存，有时也会出现团片状石墨，即球化级别为6级。大量的试样观察发现，随着厚片状石墨聚集程度的增加，球状石墨数量则逐渐减少，而球状石墨外形都较为圆整。

图6　石墨以厚片状为主呈聚集分布，球化6级　×100

分散分布与聚集分布主要区别在于：

①分散分布时，厚片状石墨一般不在同一块铁素体上。聚集分布时，丛生的厚片状石墨总是连在同一块铁素体上。

②分散分布，石墨呈短而粗的棒状，聚集分布时石墨呈细小不光滑的蠕虫状。随着聚集程度增加，弯曲程度增加。

5.3　混合分布

如图7所示，即厚片状石墨既有分散分布，又有聚集分布，相当于球化5～6级之间。

图7　石墨以厚片状为主，呈混合分布，球化5～6级之间　×100　　

    当QT450-10铸态球铁的石墨以厚片状为主时，其机械性能除硬度外，变化比较复杂。一般情况为：厚片状石墨呈完全分散时，σ_b400～500 MPa，δ₅7%～11%，a_K26～33 J/cm²。在生产检验中，出现这种情况，我们除了对试样进行金相分析和性能试验外，还需从零件本体上取样进行金相分析和性能试验。本体取样分析当厚片状石墨呈完全分散分布且性能试验基本合格时，对于静态零件如电机机壳等可考虑使用，但对于关健零件如转轴支架等一般不采用。

　　当厚片状石墨呈混合分布时，如果分散分布的厚片状石墨比例大于70%，球铁的机械性能与完全分散分布的相似，略有降低。当分散分布的比例小于70%时，球铁的机械性能开始恶化。比例越低，球铁的性能越差。当厚片状石墨呈混合分布和聚集分布时，球铁的机械性能一般很差。σ_b300～400 MPa，δ₅1%～6%，a_K＜25 J/cm²。QT450-10铸态球铁的石墨主要呈厚片状时，其机械性能实验数据见表5。

表5　石墨为厚片状的QT450-10铸态球铁的机械性能

    以上为球化级别不同的QT450-10铸态球铁的机械性能试验数据统计表(表1～表5)。
　　根据上面各表所统计的金相分析结果和机械性能试验数据，QT450-10铸态球铁当其基体组织在珠光体含量＜30%，磷共晶含量＜1%的范围内且石墨的大小在3级以内。具有不同球化级别(石墨形态)的QT450-10铸态球铁的机械性能可用图8来表示。

图8　QT450-10铸态球铁的球化级别——机械性能曲线

结 论

(1) 不同金相组织的QT450-10铸态球铁所对应的机械性能也不同。其中对球铁机械性能影响最大的因素是其石墨的球化级别，如果QT450-10铸态球铁的基体组织在珠光体含量＜30%，磷共晶含量＜1%的范围内，基体组织的变化对球铁的机械性能影响不大。

(2) QT450-10铸态球铁在基体组织为珠光体含量＜30%，磷共晶＜1%，石墨大小在3级以内的条件下，当其石墨球化级别为1～4级时，球铁的机械性能合格，满足σ_b≥450 MPa，δ₅≥10%，a_K≥30 J/cm²，HB为160～200的要求，球化级别越高，机械性能越好。

(3) 当QT450-10铸态球铁的石墨主要呈厚片状时其机械性能比较复杂，如果厚片状石墨呈完全分散分布即石墨球化级别为5级，球铁的机械性能接近要求。对于静态零部件如电机机壳等在本体取样分析确定石墨呈完全分散分布的前提下可考虑使用。如果厚片状石墨70%以上呈分散分布，球铁的机械性能略有下降。当厚片状石墨呈混合分布和聚集分布，球铁的机械性能很差。一般情况下，对于动态零件，当球铁的石墨以厚片状为主时，都应判为废品。