随着生铁价格的提高铸铁型材生产成本不断增加。为降低生产成本本课题在HT250材质的基础上采用氮、钛、铌对铁液进行合金化通过金相组织观察、SEM分析、EDS分析、拉伸试验和硬度试验研究了氮、钛、铌对灰铸铁组织及性能的影响规律。 试验结果表明含氮量为0.0055%～0.013%、含锰量为1.0%-1.36%时试样的金相组织为A型石墨+细片状珠光体+少量铁素体。随着含氮、锰量的增加：片状石墨长度变短、宽度稍有增加弯曲程度加大石墨端部钝化对基体的割裂作用减弱；细片状珠光体含量略有增加珠光体层片间距减小；试样的抗拉强度和硬度逐渐增大当含氮量为0.012%、含锰量为1.24%时试样的抗拉强度和硬度达到大值分别为395MPa和260HBW。当铁液中含氮量≥0.011%时铸件表面下开始出现气孔缺陷。 在适当含氮量(0.0080%左右)基础上含钛量在0.055%-0.149%范围内时试样的金相组织为A型和D型石墨+珠光体+少量铁素体。随着含钛量的增加：A型石墨减少D型石墨增多；铁素体的含量增多珠光体的含量减少。
试样的抗拉强度呈现降低的趋势当含钛量为0.149%时试样的抗拉强度小为230MPa；而试样的布氏硬度略有增加当含钛量为0.149%时试样的布氏硬度大为219HBW。钛在含氮灰铸铁中的存在形式有以下两种：少部分固溶于基体中呈均匀分布；大部分与铁液中的碳、氮形成钛的碳氮化物并多以三角形、四边形及带棱角的不规则块状镶嵌于基体之中呈弥散分布。

连铸球铁型材还具有良好的热处理性能。一般在CE=4.8—5.0时，铸态性能可达到QT500-10牌号，正火性能可达到QT800-等温淬火可达到QT1200-4水平。在CE=4.3—4.7时，铸态性能可达到QT550-10牌号，正火性能可达到QT800-等温淬火可达到QT1200-6水平。特别是在加入铜、钼以后，其铸态性能可达到QT800-3的水平。可见，连铸型材优良的性能和质量的稳定性完全可以满足ADI的要求，能过ADI处理更易于得到品质优良的次铸件。

通过调整Si/C比、合金化元素加入量以及改变孕育剂种类来影响灰铸铁的石墨、珠光体以及初生奥氏体形态，从而获得更高的抗拉强度以及更好的切削加工性能。 从金相组织方面，提高Si/C比会减少石墨数量，增强基体强度；加入合金化元素进行变质可以使石墨变得更加弯曲细小，并能够提高基体强度。从灰铸铁的力学性能上来看，提高Si/C比能大幅提高其力学性能，随着合金化元素加入量的提高也可以提高其力学性能，在考察的孕育剂中，硅锆锰孕育剂提高力学性能的效果佳。
从加工性能上看来，提高Si/C比使加工性能严重恶化，随着合金化元素加入量增加，加工性能先提高后降低，在考察的孕育剂中，硅锆锰孕育剂提高加工性能和力学性能的效果也为佳。 通过分析拉伸过程以及切削加工过程中度灰铸铁的石墨变形规律，揭示出石墨对度灰铸铁抗拉强度与加工性能的影响机制。在拉伸过程中，石墨作为夹杂分布在集体组织中，石墨形态对度灰铸铁的抗拉强度有很大的影响。石墨越弯曲，石墨端部角度越钝，抗拉强度越好。在切削加工过程中，由于剪切力的作用，度灰铸铁组织中的石墨将发生规律性的变形，增加石墨的数量能够减轻切削加工过程中的抗力、降低刀具的磨损，改善度灰铸铁的切削加工性能。通过石墨对度灰铸铁的性能影响的研究，为开发度易切削加工度灰铸铁提供理论依据，获得度易切削加工灰铸铁的组织形貌为短细的石墨及细小片间距的珠光体组织。

高速机车转向架ADI套利用铸铁型材制造，寿命比原来提高4倍多，取得了良好的社会效益和经济效益。连铸型材ADI活塞环，节油20%以上，使用寿命大于15万公里。连铸型材加工ADI剪切刀片与T10钢经热处理的传统剪切刀片相比，使用寿命可提高1.24倍。利用合金化的连铸球铁型材生产的某柱塞泵部件，石墨球圆整，球化率高，具有度、高耐磨和耐高压性，完全达到技术要求。

分析珠光体含量及铸造缺陷对球墨铸铁裂纹萌生观机理的影响。  对不同珠光体含量的球墨铸铁进行拉伸性能测试，分析珠光体含量对球墨铸铁抗拉强度、0.2％屈服强度和延伸率的影响。  对铸态珠光体-铁素体混合基球墨铸铁进行单向拉伸观察测试，研究发现在塑性变形阶段，裂纹主要萌生在石墨球和铁素体基体界面上，主要表现为石墨球与铁素体基体发生剥离形成孔，这是因为石墨球和铁素体的变形不一致造成的;裂纹也可能萌生在石墨球与珠光体组织界面上，但是这种情况较少， 石墨球通过孔结合形成更大的裂纹，导致终破坏。  对于铁素体基球墨铸铁型材，在塑性变形阶段，裂纹萌生在石墨球和铁素体基体界面上，主要表现为石墨球与铁索体基体发生剥离形成孔，同时伴随着铁素体基体的塑性变形，而且只有当产生较大的变形时，铁素体基体的塑性变形才变得明显。缺陷会造成局部应力集中，缺陷附近的石墨球 与铁素体组织发生剥离形成孔，因此缺陷只是加速裂纹的萌生与扩展。  

对不同珠光体含量的球墨铸铁型材进行应力比为0.1的拉拉疲劳性能测试，结果表明:珠光体含量40％、10％、5％的球墨铸铁疲劳极限分别为305.00MPa、276.67MPa和269.00MPa，经Goodman公式换算得到珠光体含量40％、10％、5％球墨铸铁的对称拉压疲劳极限分别为193.78MPa、194.09MPa和191.49MPa。  对球墨铸铁疲劳断口进行SEM分析，研究表明河流花样主要源于石墨球，河流花样的方向遇到石墨球会发生明显的变化，也即球墨铸铁的解理裂纹在扩展过程中遇到石墨球后会发生明显改变，进而降低疲劳裂纹扩展速率。

通过成分优化及工艺改进，终实现QT700-2。首先进行组织分析，可同时满足高强度、高伸长率要求的球铁材质应有如下特性:细小圆整的石墨球、强壮的奥氏体骨架以及适宜含量且足够强化的铁素体。其后进行方案设计:全废钢增碳的方式合成球墨铸铁型材以及适当提高Si/C比均有利于获得强壮的奥氏体骨架并充分发挥其承载作用;通过对熔炼工艺、球化孕育处理过程等加以优化和稳定可保证良好的球化孕育效果，得到细小圆整石墨球的同时，因为共晶团的细化还可减弱元素的偏析影响;基体组织的控制难点在于既要保证铁素体有一定的量又要保证其得到足够的强化，因此选择均对铁素体有固溶作用的Si、Mn、Cu为主要合金元素，其中Si起主要的固溶强化作用，Mn、Cu辅助固溶的同时保证足够的珠光体强化，调整三者的配比可得到理想的铁素体、珠光体比例。通过上面的工作，得到成功实现QT700-2的具体方案，其后还应对其进行多次重复以校验方案的稳定性和复现性。

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