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隨著合金價格的提高,生產成本不斷增加。為降低生產成本,本課題在HT250材質的基礎上,采用氮、鈦、鈮對鐵液進行合金化,通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗和硬度試驗,研究了氮、鈦、鈮對灰鑄鐵組織及性能的影響規律。 試驗結果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時,試樣的金相組織為A型石墨+細片狀珠光體+少量鐵素體。在鑄鐵中，碳能以化合態的滲碳體和游離狀態的石墨兩種形式存在，游離狀態的石墨容易形成片狀結構。這是由于石墨的晶格為簡單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結合力較強；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結合力較弱，故結晶時易形成片狀結構，且強度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個價電子中，只有一個價電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導電性)的原因。 鑄鐵型材具有組織均勻致密；耐壓氣密性好；減磨性能強；表面質量光潔；尺寸精度高：加工余量小；硬度分布均勻；抗拉伸強度高,無縮松,氣孔,夾渣,砂眼等缺陷,機械性能優越,其中為顯著的特點是具有度和高韌性相結合以及優良的抗疲勞性能。 空心鑄鐵型材及水平連鑄裝置，在相應領域內替代砂型鑄件，這種空心鑄鐵型材的截面中部有通孔，截面輪廓形狀為圓形、矩形、多邊形。上述空心鑄鐵型材的水平連鑄裝置，其基本結構包括保溫爐、設置于爐口處的外結晶器、牽引設備組成，其特征在于在保溫爐內與外結晶器對應位置設置內結晶器。所述的內結晶器固定保溫爐下部的外壁上。本實用新型采用的技術方案，與砂型鑄造相比，表現在機械性能提高，切削性能提高，表面光潔，加工余量小，可直接加工成閥體、齒輪泵外殼，液壓導向套等，比實心型材的再加工提高了工效。空心鑄鐵型材生產，基本有三種方式，種采用垂直下拉的間歇式連鑄鐵管生產裝置，該裝置因生產的型材致密性差已被淘汰；第二種采用水平連鑄加內結晶器的生產裝置生產空心鑄鐵型材， 前面我們已討論過化合態的滲碳體，它若加熱到高溫，便會分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態的滲碳體只是一種亞穩定相，而游離態的石墨則是一種穩定相。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對基體的割裂作用減弱；細片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減小；試樣的抗拉強度和硬度逐漸增大,當含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時,試樣的抗拉強度和硬度達到大值,分別為395MPa和260HBW。當鐵液中含氮量≥0.011%時,鑄件表面下開始出現氣孔缺陷。 在適當含氮量(0.0080%左右)基礎上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內時,試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。 試樣的抗拉強度呈現降低的趨勢,當含鈦量為0.149%時,試樣的抗拉強度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當含鈦量為0.149%時,試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。
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隨著冷卻速度的增大，石墨形態由較粗大的片狀石墨逐漸變成細小的點狀石墨。在厚度為30mm試樣的下方放置冷鐵時，在距離冷鐵25mm的鑄鐵組織中能夠獲得較細小的D型石墨組織。 (3)對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗氧化性進行了實驗研究。在750℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵保溫24小時，使其氧化增重，研究成分和組織對D型石墨抗氧化性能的影響。 在鑄鐵中，碳能以化合態的滲碳體和游離狀態的石墨兩種形式存在，游離狀態的石墨容易形成片狀結構。這是由于石墨的晶格為簡單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結合力較強；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結合力較弱，故結晶時易形成片狀結構，且強度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個價電子中，只有一個價電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導電性)的原因。鑄鐵型材具有組織均勻致密；耐壓氣密性好；減磨性能強；表面質量光潔；尺寸精度高：加工余量小；硬度分布均勻；抗拉伸強度高,無縮松,氣孔,夾渣,砂眼等缺陷,機械性能優越,其中為顯著的特點是具有度和高韌性相結合以及優良的抗疲勞性能。空心鑄鐵型材及水平連鑄裝置，在相應領域內替代砂型鑄件，這種空心鑄鐵型材的截面中部有通孔，截面輪廓形狀為圓形、矩形、多邊形。上述空心鑄鐵型材的水平連鑄裝置，其基本結構包括保溫爐、設置于爐口處的外結晶器、牽引設備組成，其特征在于在保溫爐內與外結晶器對應位置設置內結晶器。所述的內結晶器固定保溫爐下部的外壁上。本實用新型采用的技術方案，與砂型鑄造相比，表現在機械性能提高，切削性能提高，表面光潔，加工余量小，可直接加工成閥體、齒輪泵外殼，液壓導向套等，比實心型材的再加工提高了工效。空心鑄鐵型材生產，基本有三種方式，種采用垂直下拉的間歇式連鑄鐵管生產裝置，該裝置因生產的型材致密性差已被淘汰；第二種采用水平連鑄加內結晶器的生產裝置生產空心鑄鐵型材， 前面我們已討論過化合態的滲碳體，它若加熱到高溫，便會分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態的滲碳體只是一種亞穩定相，而游離態的石墨則是一種穩定相。一般，在鐵碳合金的結晶過程中，因為滲碳體的含碳量69％)比石墨的含碳量(100％)更接近于合金成分的含碳量5％o％)，析出滲碳體時所需的原子擴散量較小，滲碳體的晶核易形成，所以自合金液體或奧氏體中析出的是滲碳體而不是石墨。 結果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高4～5倍的抗氧化性能。 (4)對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗熱疲勞性進行實驗研究。在800℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵加熱到800℃，保溫5分鐘取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反復循環直至出現肉眼可見的裂紋為止。根據試樣表面出現裂紋時的循環次數，研究成分和組織對D型石墨抗熱疲勞性能的影響。結果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高5～6倍的抗熱疲勞性能。 (5)對試制的D型石墨鑄鐵玻璃模具還進行了工業性裝機實驗。裝機實驗結果表明：所研制的D型石墨鑄鐵玻璃模具具有良好的抗高溫氧化性、抗生長變形和抗熱疲勞等性能，使用壽命比普通灰鑄鐵增加5～6倍。
通過化學成分的控制和對工藝的調整，獲得D型石墨，并對觀組織、力學性能、耐高溫性能進行研究，以提高玻璃模具的使用壽命。通過Si和合金元素成分的選擇和控制，研究了化學成分對D型石墨鑄鐵觀組織的影響。結果表明Si是影響D型石墨形成的主要因素，Ti、Cr、Cu有利于促進D型石墨的形成；D型石墨鑄鐵玻璃模具適宜的化學成分范圍為：3.2～3.52.2～3.0％Si、0.2％Ti、0.54～0.89％Mn、<0.05<0.10.49～0.54％Cr、0.35～0.65％Cu；當含Ti量在0.1～0.3％之間變化時，隨著含Ti量的增加，D型石墨增多。在此成分范圍內獲得的D型石墨鑄鐵的力學性能為：硬度HB范圍為217～2抗拉強度MPa，范圍為246～285。 通過采用澆注階梯型試樣和放置冷鐵方法，使鑄鐵獲得不同的冷卻速度，研究冷卻速度對D型石墨鑄鐵觀組織的影響。 在鑄鐵中，碳能以化合態的滲碳體和游離狀態的石墨兩種形式存在，游離狀態的石墨容易形成片狀結構。這是由于石墨的晶格為簡單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結合力較強；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結合力較弱，故結晶時易形成片狀結構，且強度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個價電子中，只有一個價電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導電性)的原因。 鑄鐵型材具有組織均勻致密；耐壓氣密性好；減磨性能強；表面質量光潔；尺寸精度高：加工余量小；硬度分布均勻；抗拉伸強度高,無縮松,氣孔,夾渣,砂眼等缺陷,機械性能優越,其中為顯著的特點是具有度和高韌性相結合以及優良的抗疲勞性能。 空心鑄鐵型材及水平連鑄裝置，在相應領域內替代砂型鑄件，這種空心鑄鐵型材的截面中部有通孔，截面輪廓形狀為圓形、矩形、多邊形。上述空心鑄鐵型材的水平連鑄裝置，其基本結構包括保溫爐、設置于爐口處的外結晶器、牽引設備組成，其特征在于在保溫爐內與外結晶器對應位置設置內結晶器。所述的內結晶器固定保溫爐下部的外壁上。本實用新型采用的技術方案，與砂型鑄造相比，表現在機械性能提高，切削性能提高，表面光潔，加工余量小，可直接加工成閥體、齒輪泵外殼，液壓導向套等，比實心型材的再加工提高了工效。空心鑄鐵型材生產，基本有三種方式，種采用垂直下拉的間歇式連鑄鐵管生產裝置，該裝置因生產的型材致密性差已被淘汰；第二種采用水平連鑄加內結晶器的生產裝置生產空心鑄鐵型材， 前面我們已討論過化合態的滲碳體，它若加熱到高溫，便會分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態的滲碳體只是一種亞穩定相，而游離態的石墨則是一種穩定相。結果表明：隨著冷卻速度的增大，石墨形態由較粗大的片狀石墨逐漸變成細小的點狀石墨。在厚度為30mm試樣的下方放置冷鐵時，在距離冷鐵25mm的鑄鐵組織中能夠獲得較細小的D型石墨組織。 對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗氧化性進行了實驗研究。在750℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵保溫24小時，使其氧化增重，研究成分和組織對D型石墨抗氧化性能的影響。結果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高4～5倍的抗氧化性能。 對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗熱疲勞性進行實驗研究。在800℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵加熱到800℃，保溫5分鐘取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反復循環直至出現肉眼可見的裂紋為止。
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