Cu和Mo对厚大断面等温淬火球墨铸铁件淬透性的影响

　　20世纪70年代，等温淬火球墨铸铁出现在人们的视野中。等温淬火球墨铸铁是指球墨铸铁经过等温淬火处理得到的以奥铁体组织为基体的球铁，简称ADI。其强度、冲击韧度、断后伸长率以及耐磨性等综合力学性能都优于普通球墨铸铁、可锻铸铁、铸钢等[1-4]。

　　目前，ADI广泛应用于汽车、铁路等领域[5-7]。但对厚大断面球墨铸铁件进行等温淬火处理后要想得到同样优良的力学性能，必须保证铸件的淬透性，常用的方法是复合添加合金元素Ni、Mo、Cu以降低等温淬火球墨铸铁件对冷却时间的敏感性。盐川忠先生[8]曾加入三种合金元素的量分别为0.41%、0.38%、0.81%，淬透了直径为75mm的球墨铸铁件。本文选择提高Ni含量至1%，并改变Mo和Cu的含量，观察其对壁厚为150mm的球墨铸铁件淬透性的影响。

　　1 试样制备

　　采用Q10高纯生铁、A3钢下脚料、重钇基稀土镁球化剂、硅钙钡孕育剂等材料，材料的基本化学成分如表1所示。

　　随着壁厚的增大，铸件在等温淬火过程中的冷却速度减慢。因此，在保证所添加的合金元素不出现偏析的情况下，适量提高其含量来降低等温淬火对时间的敏感性。本试验分为两组，第一组(试样1到试样4)为Cu含量的变化，第二组(试样5)为Mo含量的变化，且两组试验都是基于Ni为1%的情况下进行的。这既保证铸件有一定的淬透性，又方便对Cu和Mo的含量的变化做比较。Cu和Mo的加入量见表2。

　　为了便于比较分析，本次5个试样的等温淬火试验都选用奥氏体化温度900℃，时间180min，等温淬火温度385℃，时间90min。

　　2 试验结果及分析

　　通过等温淬火处理，取每组试样的边部和心部，制成试块，具体位置见图1。用4%硝酸酒精溶液抛光腐蚀，观察其金相显微组织，图2所示为Mo含量为0.25%时，Cu含量分别为0.05%和0.75%的试样边部和心部的金相图片。

　　图2所示的铸件组织中除石墨球外，白亮部分为较粗的奥铁体组织。颜色较暗部分为珠光体组织，且边部较粗的奥铁体所占比例均为50%左右，而心部较粗的奥铁体所占比例为10%~20%。随着Cu含量的增加，其心部的淬透性略有提高，但提高不明显。可见在Mo含量为0.25%左右时，Cu含量从0.05%增加到0.75%时，对整个铸件的淬透性影响不大。

　　在促进淬透性方面，质量分数为1%Mo的作用大约为1%Mn1.6倍，而Ni与Cu的作用分别只有Mn作用的30%，但Mn含量过多会恶化铸件的塑性，同时也使强度降低[9]。所以本试验在控制Mn含量小于0.3%时，增加Mo含量，使其在第5个铸件达到0.36%，并且使Cu含量约控制在Mo含量的2倍，这是因为Cu在共晶凝固时呈负偏析，能抵消部分由于Mo或Mn的正偏析而引起的显微组织的不均匀性，见图3。