灰鑄鐵的石墨分布形狀及其控制分析

石山崗

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，更多新的材料和設(shè)備被應(yīng)用到工作和生活中來，其中鑄鐵是一種重要的鐵材料。鑄鐵在使用的過程中雖然強(qiáng)度、韌性等條件沒有鋼材的效果好，但是由于其熔點(diǎn)較低，能夠更加方便的進(jìn)行鑄造和切割等，使其在機(jī)械制造中具有著十分重要的應(yīng)用效果。根據(jù)研究顯示，灰鑄鐵的石墨分布狀態(tài)對其強(qiáng)度和韌性等有著直接的影響，本文將探討研究灰鑄鐵中不同的石墨分布形狀對其強(qiáng)度的影響，分析并提出對灰鑄鐵中石墨分布形態(tài)進(jìn)行控制的方式，希望能夠提高灰鑄鐵在使用過程中的效果，為研究學(xué)者提供借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞：灰鑄鐵;石墨分布形狀;影響;控制方式分析

前言

鑄鐵在實(shí)際的機(jī)械制造過程中根據(jù)其生產(chǎn)的工藝和使用的方向不同分為不同的類別，主要有灰鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等，其中灰鑄鐵由于其生產(chǎn)成本降低，要求的工藝比較簡單，因此應(yīng)用的范圍較為廣泛，在汽車的氣缸、活塞環(huán)、機(jī)床的床身、機(jī)座和工作臺零件中都有著使用。根據(jù)灰鑄鐵的應(yīng)用方式不同對其性能也有著不同的要求，但是其韌性和強(qiáng)度使保證其使用效果的重要基礎(chǔ)，這就要求我們對影響灰鑄鐵韌性和強(qiáng)度的因素進(jìn)行分析，找到控制的方法。

一、灰鑄鐵中石墨的分布形狀

灰鑄鐵中的石墨是以片狀的進(jìn)行分布的，采用金相顯微鏡對其進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)其一共存在著六種不同的分布狀態(tài)，這些分布的狀態(tài)使灰鑄鐵在使用的過程中呈現(xiàn)出不同的特性，對其韌性和強(qiáng)度也有著不同的影響。

（一）初生的粗、大、直片狀的石墨形態(tài)分布

灰鑄鐵中的這種石墨是在過共晶成分下的鐵液中析出的，屬于初生石墨，在金相顯微鏡下呈現(xiàn)出明顯的長、粗、直的特征，這種特征的石墨分布狀況會降低灰鑄鐵的韌性和強(qiáng)度，使其在加工的過程中不能良好的控制形狀和光潔程度，影響零件的使用和產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。

（二）初生的星狀或蜘蛛狀的石墨形態(tài)分布

這種石墨的分布形態(tài)也屬于初生石墨的一種，但這種形態(tài)的石墨只分布于很薄的零件之中，如汽車的活塞環(huán)等。雖然這種形態(tài)的石墨分布強(qiáng)度、韌性和光潔程度較好，但是由于其形成原因的復(fù)雜性和特殊性，因此只能存在與特定的零件之中，不能夠作為灰鑄鐵零件的常態(tài)化石墨分布狀態(tài)存在[2]。

（三）片狀石墨呈無方向性均勻分布及小部分聚集呈菊花狀分布

灰鑄鐵中的這兩種石墨狀態(tài)分布類型是在其共晶過程中產(chǎn)生的共晶石墨類型，其中以呈無方向性均勻分布的石墨狀態(tài)為主，在小部分區(qū)域內(nèi)夾雜著聚集的呈菊花樁分布的石墨。這種石墨的分布狀態(tài)是在高強(qiáng)度的灰鑄鐵中得到的石墨分布類型，其主產(chǎn)生作用的是片狀石墨呈無方向均勻分布的狀態(tài)，呈菊花狀分布的石墨形態(tài)是因?yàn)檫@少部分區(qū)域溫度較低，對周圍的石墨形成吸附作用產(chǎn)生的，分布較為零散且不均勻，作用效果的影響能力不高。

（四）片狀石墨在枝晶間無方向性分布及在二次枝支間呈方向性分布

灰鑄鐵中的這兩種石墨分布狀態(tài)的形成原理和溫度有著很大的關(guān)系，首先在是石墨進(jìn)行共晶的后期有大部分范圍受到溫度降低的影響，且這種影響分布不均勻，由溫度較低的石墨部分對周圍進(jìn)行吸附形成枝晶，呈現(xiàn)出無方向性分布;其次是在這個基礎(chǔ)上，共晶石墨的冷卻速度加快或者溫度降低，使其他石墨在枝晶上進(jìn)行有方向性的吸附和凝固，形成在二次分枝間呈現(xiàn)方向性分布的石墨狀態(tài)。這兩種形態(tài)的石墨分布會使會灰鑄鐵的韌性差，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定、不光潔的狀態(tài)，因此使用的效果較差[3]。

二、灰鑄鐵的石墨分布狀態(tài)對其韌性和強(qiáng)度的影響

由于初生的星狀或蜘蛛狀的石墨分布形態(tài)只存與特定的零件之中，不能夠常態(tài)化的存在，而初生的粗、大、直狀石墨分布形態(tài)會影響灰鑄鐵的強(qiáng)度和韌性，呈現(xiàn)枝晶間無方向性分布和二次枝晶間方向性分布的石墨分布狀態(tài)韌性較差，穩(wěn)定性不好，因此最適合使用的就是片狀石墨呈無方向性均勻分布的形態(tài)。

三、控制灰鑄鐵中石墨分布形狀的辦法

（一）控制灰鑄鐵中CE、低合金化和Si/C比

粗、大、直形狀得 石墨形態(tài)分布主要存在于共晶成分的灰鑄鐵中，而使用亞共晶成分的灰鑄鐵就能夠有效避免其中出現(xiàn)這種石墨形態(tài)分布。但是在CE條件較低的情況下就有可能產(chǎn)生二次枝晶呈方向性分布的石墨形態(tài)，但是如果單純的提高CE，就會對灰鑄鐵的強(qiáng)度和韌性產(chǎn)生反作用，可以通過低合金化和提高灰鑄鐵中的Si/C比來解決。低合金化能夠細(xì)化灰鑄鐵中的石墨，使其達(dá)到良好的分布狀態(tài)，而通過降低灰鑄鐵中的C含量，提高Si的含量也能夠進(jìn)一步使石墨細(xì)化，達(dá)到我們需要的石墨分布狀態(tài)。

（二）通過孕育處理控制石墨的形態(tài)分布

孕育處理是控制石墨分布的重要方式之一，其孕育的方式有延后孕育、出鐵孕育、隨流孕育和噴射孕育等。其中在大型工廠的生產(chǎn)制造中使用延后孕育的效果更好，成本更低，能夠得到效果良好的灰鑄鐵石墨分布形態(tài)，提高產(chǎn)品質(zhì)量、使用效果和經(jīng)濟(jì)效益;在中小型的工程名生產(chǎn)中使用隨流孕育和噴射孕育能夠起到良好的效果。

（三）通過控制爐料對灰鑄鐵中的石墨分布形態(tài)進(jìn)行控制

在進(jìn)行灰鑄鐵及其零件的生產(chǎn)中，爐料也是影響灰鑄鐵石墨分布狀態(tài)的重要因素之一。部分工廠在進(jìn)行生產(chǎn)制造的過程中為了節(jié)省成本、簡化步驟，使用其他廠家提供的爐料，而有部分廠家提供的爐料中有著粗、大、直狀形態(tài)分布的石墨類型，在進(jìn)行生產(chǎn)制造的過程中，這部分石墨就混入了灰鑄鐵之中，改變石墨分布形態(tài)，降低了灰鑄鐵的強(qiáng)度和韌性，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和使用效果，因此我們需要使用質(zhì)量好的高強(qiáng)度灰鑄鐵，如Z14或者Q12生鐵，使灰鑄鐵生產(chǎn)的鑄件中石墨的形態(tài)分布好，效果強(qiáng)。

結(jié)語

綜上所述，灰鑄鐵中的石墨形態(tài)分布對其強(qiáng)度和韌性有著直接的影響，其中片狀石墨呈無方向性均勻分布能夠使灰鑄鐵的強(qiáng)度更高，韌性更強(qiáng)，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量更好。要控制灰鑄鐵中的石墨分布形態(tài)，我們必須要選擇好的爐料，降低爐料對產(chǎn)品造成的負(fù)面影響，同時在生產(chǎn)的過程中控制好CE、低合金化和Si/C比，采用合適、合理的方法進(jìn)行生產(chǎn)和制造，促進(jìn)灰鑄鐵的質(zhì)量提高、生產(chǎn)的零件的質(zhì)量提高，促進(jìn)機(jī)械制造和生產(chǎn)的發(fā)展，提高對灰鑄鐵的使用效果。

參考文獻(xiàn)

[1]程俊偉;黃勝操;曹耕原;.灰鑄鐵件裂隙狀氣孔的成因分析與防止措施[J].現(xiàn)代鑄鐵，2017，186（6）：41-43.

[2]錢立，王峰，呂姍姍.灰鑄鐵的石墨分布形狀及其控制[J].現(xiàn)代鑄鐵，2016，176（2）：31-34.

[3]王瑞金，余嗣瑞，李可丹.灰鑄鐵件的缺陷分析和質(zhì)量控制的研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019，267（2）：22-23.