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耐熱球墨鑄鐵材料由于具有良好的力學性能、耐熱性能及高溫下抗氧化、抗疲勞性能等特點,正逐步取代某些鋼來制造耐熱模具,獲得了越來越廣泛的應用。本文研究了耐熱球墨鑄鐵模具材料的耐熱性能、抗高溫氧化性能、抗疲勞性能及耐磨性能,為其在代替傳統鑄鍛鋼生產沖壓件模具等方面提供了重要的理論和實踐依據。 采用正交實驗法優化了材料中合金元素Si、Mn、Cr的佳配比;利用光學顯鏡觀察了球墨鑄鐵的金相組織;利用HB-3000型布氏硬度計測量了球墨鑄鐵的硬度;通過CSS-44000型電子試驗機對材料的拉伸性能進行了表征;采用氧化增重法衡量了材料的抗高溫氧化性能;觀察熱疲勞裂紋的SEM照片分析了材料的抗熱疲勞性能;使用MG-2000型摩擦磨損試驗機,考察了干摩擦條件下材料的摩擦磨損性能,綜合分析了合金元素的添加比例、施加載荷、磨損時間對材料摩擦磨損性能的影響,探討了其磨損失效機理。 結果表明:綜合考慮力學性能、耐熱性能、耐磨性能等方面的重要性,優化合金元素配比為Si5.5 wt.%、Mn0.6 wt.%、Cr0.8 wt.%;不同含量的合金元素對材料組織的影響也有所區別,合理控制合金元素添加量,能夠獲得抗氧化性能、抗疲勞性能好的球墨鑄鐵;摩擦磨損工藝參數的不同,摩擦質量損失和摩擦系數也有所不同。
孕育處理是球墨鑄鐵生產過程中的一個重要環節，它不僅促進石墨化，防止自由滲碳體和白口出現，而且有助于球化，并使石墨變得更細小，更圓整，分布均勻，從而提高球墨鑄鐵的力學性能。孕育劑一般多采用FeSi75，其加入量根據對鑄件的力學性能要求，一般為0.8％～1.0％。孕育劑的粒度根據鐵液量多少，一般砸成5～25mm的小塊。孕育劑應保持干凈、干燥。
球化劑和孕育劑要在出鐵前加入包中，在連續生產時，剛出完前一爐鐵后，包很熱，過早加入會使其粘結在包底而削弱球化和孕育效果。為了延遲球化反應時間，增強球化和孕育效果，要在球化劑和孕育劑的上面覆蓋一層鐵屑。球化處理的方法較多，一般多采用操作簡便的沖入法處理球鐵。
球化效果爐前檢驗，爐前檢驗孕育、球化效果好壞，一般采用三角試樣。澆注三角試樣，冷至暗紅色，淬水冷卻，砸斷后觀察斷口。斷口銀白色，尖端白口，中心有疏松，兩側凹縮,同時砸斷時有電石氣味,敲擊聲和鋼相似,則球化良好,否則球化不良。球鐵原鐵液應高碳、低硅、低硫、低磷。控制好硫的含量，是生產球鐵的一個重要條件。
球化和孕育處理。球化劑加入量應根據鐵液成分、鑄件壁厚、球化劑成分和球化處理過程的吸收率等因素分析比較確定。一般為1.6％～2.0％，若球化劑放置時間較長，則應適量多加。球化反應控制的關鍵是鎂的吸收率，溫度高，反應激烈，時間短，鎂燒損多，球化效果差；溫度低，反應平穩，時間長，鎂吸收率高，球化效果好。因此，一般在保證足夠澆注溫度的前提下，宜盡可能降低球化處理溫度，控制在1420～1450℃。球化劑要砸成小塊，粒度一般在5～25mm，加在包底，再在上面加硅鐵和鐵屑。
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