刘 鹏，菅凤侠，吴青山

（西安工业大学北方信息工程学院，西安 710200）

钼对蠕墨铸铁的力学性能影响

刘 鹏，菅凤侠，吴青山

（西安工业大学北方信息工程学院，西安 710200）

在室温、400℃、500℃的条件下，蠕墨铸铁的抗拉强度、屈服强度都呈上升趋势，其断面收缩率与Mo含量成反比。本文研究了不同含量钼对蠕墨铸铁基体组织的影响，并且对不同钼元素添加量下的蠕墨铸铁进行性能测试，分析各钼元素对性能的影响机理。试验结果表明，钼对蠕墨铸铁的力学性能影响很大，含钼0.8%的试样具有最佳力学性能；随着Mo含量的增加，蠕墨铸铁的抗拉强度和屈服强度提高。

蠕墨铸铁；力学性能；钼；抗拉强度

1 研究背景

随着社会的发展，人们对汽车的需求量越来越大，而为了保护环境，对大气污染的限制也日益严格。蠕墨铸铁具有较高强度以及良好的铸造性和使用性，生产成本较低，并且制造时对环境的污染小，所以不失为一种理想的材料[1]。多年来，我国在蠕墨铸铁常规力学性能和处理工艺方面进行大量的研究，不少工厂都有较好的蠕墨铸铁制造量，并在蠕墨铸铁制造工艺上有了很大的突破。特别是中国第二汽车厂蠕墨铸铁排气管流水线的投产，标志着我国蠕墨铸铁生产已达到较高水平[2]。

为提高蠕墨铸铁的抗拉强度、延伸率、耐热性等性能，人们可以在蠕墨铸铁中添加合金元素等方法，以满足各项应用性能要求。这有助于生产出高质量的蠕墨铸铁，使其强度达到标准，以取得良好的技术经济效果[3]。

2 试验原材料

试验中主要原材料有生铁，45号废钢，75Si-Fe，60Mo-Fe，Mg-稀土蠕化剂，孕育剂。蠕化剂、孕育剂都有粒度大小的要求，需处理成3～5 mm大小的颗粒状。作为补硅的75Si-Fe粒度没有要求，可以使用粒度大点的块状。

3 试验结果及讨论

3.1 不同钼含量下的蠕墨铸铁的组织性能

3.1.1 石墨形态分析

各组分试样中的石墨均为蠕虫状和少量的团絮状、球状石墨共存的状态。蠕虫状石墨形态各异，在基体上无取向分布。石墨形状短而厚，部分石墨存在分枝且相互连接。石墨的分布不均匀，部分区域呈现出聚集状态，部分区域则几乎看不到蠕虫状石墨的存在。随着Mo含量的增加，蠕墨铸铁试样的蠕化率保持在83%～85%，所以该组试样的蠕化率比较稳定，得到的蠕墨铸铁的蠕化效果较好。由此可以得出，在不改变其他条件的情况下，改变钼的含量，对蠕墨铸铁蠕化率的影响不大。钼含量0.8%时的蠕化率为82%。

3.1.2 基体组织分析

由分析可知，在光镜下白色的基体组织为铁素体，灰白色区域为珠光体，珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，高倍下可观察到其呈现黑白相间的片状，而黑色条状物为蠕虫状石墨[4]。另外还有少量白色的碳化物和鳞共晶分布于珠光体基体中，两者的形貌很接近，其中碳化物一般沿着晶界析出，呈粗大板条状。一般情况下，石墨大多分布在铁素体基体上，只有少数的石墨分布在珠光体上。随着Mo含量的增加，部分蠕虫状石墨被珠光体包围。

当蠕墨铸铁的珠光体含量在20%～30%时，随着Mo含量的增加，珠光体含量逐渐变大。加入0.8%的钼含量时，珠光体含量最大，可以达到30%。由此可见，随着Mo含量的增加，珠光体的含量呈现明显增多的趋势。这可能是因为：钼是扩大初生奥氏体的结晶温度区间的元素；有一部分的钼富集在奥氏体的结晶前沿而形成了成分过冷，降低了奥氏体转变的临界温度，促进了珠光体的形成，使珠光体含量增多的。

3.2 不同钼含量下的蠕墨铸铁的力学性能

3.2.1 不同钼含量对蠕墨铸铁硬度的影响

由试验可知，主要影响硬度的因素是石墨间的片层间距和石墨含量的变化。蠕墨铸铁的组织是很不均匀的，为了综合考虑蠕墨铸铁的性能，证明合金元素的加入可以强化基体组织，提高组织的均匀性，因此需要对各组腐蚀后的蠕墨铸铁进行显微维氏硬度的测量[5]。在钼含量为0.2%，0.4%，0.6%，0.8%时，笔者分别制得蠕墨铸铁。当钼含量为0.8%时，布氏硬度为175，珠光体的显微镜度为327，铁素体的显微硬度为154，蠕墨铸铁表现出较好的性能。

3.2.2 不同钼含量对拉伸性能的影响

试验数据显示，蠕墨铸铁断面收缩率保持在0.018%～0.03%，抗拉强度在341～406 MPa，屈服强度在262～295 MPa。随着合金元素Mo的加入，抗拉强度和屈服强度都不断上升，而断面收缩率呈持续下降的趋势。影响蠕墨铸铁抗拉强度的因素主要是石墨形状及分布、基体组织；断面收缩率的影响因素与抗拉强度类似。石墨的抗拉强度一般为200 MPa左右，阻抗位错移动的能力很低，但是石墨具有很好的塑性。珠光体具有很高的强度，但是塑性较差，铁素体则相反。所以随着Mo元素的添加，石墨变得细小，导致铸铁强度增大，断面收缩率下降。Mo元素的添加可以提高基体中珠光体所占的含量，阻碍其位错运动。这是通过细晶及固溶强化和位错钉扎强化等因素共同实现的。添加适量的Mo，可以有限固溶珠光体中的铁素体，起到固溶强化的作用；随着Mo含量的增多，珠光体团增多且珠光体片间距逐渐减小，增加了相界面，导致位错滑移阻力加大。但是，随着Mo含量增加，基体组织中碳化物稍有增多，这些碳化物硬而脆，对基体起割裂作用，会降低试样的强度和断面收缩率。另外，珠光体形貌对断面收缩率、延伸率和强度也有很大的影响。珠光体片较为细小时，渗碳体随同铁素体滑移而不会断裂，从而提高材料的塑性。

在400℃和500℃条件下，笔者分别检验了不同Mo含量的蠕墨铸铁的强度和断面收缩率。由试验数据可知，随着Mo含量的不断增大，蠕墨铸铁在400℃和500℃下的抗拉强度和屈服强度都不断上升，而且上升趋势比较明显。400℃时，断面收缩率是先上升后下降的，在Mo含量为0.2%～0.4%时出现最高点。500℃时，在加入0.6%的钼时，断面收缩率出现了一个短暂的回升，但是总体趋势是降低的。这与室温的变化趋势相同，从中可以看出，加入钼元素的蠕墨铸铁在高温时同样具有较高的强度且明显高于普通的原始材料的蠕墨铸铁。

4 结论

（1）钼对蠕墨铸铁的力学性能影响很大，随着Mo含量的增加，其HBW与其含量是成正比的，都随着元素含量的增加而增大。在钼含量不同的四组试样中，含钼0.8%的试样具有最佳力学性能。其布氏硬度及显微硬度均是最大的，而且强度在室温、400℃、500℃时也是最高的。

（2）珠光体的含量都随着Mo含量的增加而增大，其HBW也随着其含量的增加而增大。基体组织中珠光体的显微硬度在305～326 HV，而铁素体的显微硬度在146～158 HV，珠光体的硬度远高于铁素体，所以珠光体含量的增加增大了蠕墨铸铁试样的布氏硬度值。

（3）蠕墨铸铁试样的蠕化率都在83%～85%，而加入其中的蠕化剂的含量均是0.45%，所以加入的钼元素对于蠕墨铸铁的蠕化率没有较大影响。

（4）随着Mo含量的增加，在室温、400℃、500℃的条件下，蠕墨铸铁的抗拉强度、屈服强度都呈上升趋势，而其断面收缩率与Mo含量成反比。试验结果表明，随着Mo含量的增加，蠕墨铸铁的抗拉强度和屈服强度提高。

1 张文和，丁 俊，聂富荣.蠕墨铸铁的生产[J].现代铸铁，2006，26（2）：54-55.

2 邱汉泉，陈正德.中国蠕墨铸铁40年[J].中国铸造装备与技术，2006，（3）：14-21.

3 R J Warrick，G G Ellis，C C Grupke.Development and Application of Enhanced Compacted Graphite Iron for the Bedplate of the New Chrysler4.7V-8 Engine[J].Sae Technical Papers，1999，（3）：1-3.

4 郑 冰，任凤章，张旦闻，等.两种蠕墨铸铁显微组织与切削加工性能[J].河南科技大学学报（自然科学版），2015，36（5）：5-9.

5 张 云.提高蠕墨铸铁硬度的研究[J].装备铸造技术，2011，（1）：1-3.

Effect of Molybdenum on the Mechanical Properties of Vermicular Graphite Cast Iron

Liu Peng, Jian Fengxia, Wu Qingshan
(North University of Information Engineering, Xi'an Technological University, Xi'an 710200, China)

The tensile strength and yield strength of vermicular graphite cast iron are increasing at room temperature, 400 ℃and 500 ℃, and the shrinkage of cross section is inversely proportional to Mo content. In this paper, the effects of different molybdenum on the microstructure of vermicular graphite cast iron were studied. The performance of the molybdenum cast iron was evaluated by the performance of different molybdenum elements. The results show that molybdenum has a great influence on the mechanical properties of vermicular graphite cast iron, and the molybdenum 0.8% sample has the best mechanical properties. With the increase of Mo content, the tensile strength and yield strength of vermicular graphite are improved.

vermicular graphite; mechanical properties; molybdenum; tensile strength

TG255

A

1008-9500(2017)09-0016-03

2017-08-12

刘鹏（1985-），男，陕西西安人，硕士研究生，助教，从事资源处理工作。