V、Ti合金化对玻璃模具材料抗氧化及耐热疲劳性的影响(2)

Ｆｉｇ１Ｔｈｅｓｋｅｔｃｈｏｆｍｏｌｄｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎ

所示，１“试样ｖ，ｒｉ比为２．６７时组织中石墨粗大，分布不均；２４试样、啊ｉ比为１．６３时组织中石墨的蠕化率达到９０％，而且蠕虫状石墨在铁索体基体中分布也较为均

１．４抗氧化性、耐热疲劳性试验

抗氧化性的测定采用的是氧化增重法，根据模具

使用的工况，试样取自模具材质最易产生氧化的瓶颈部位。先对试样进行除油除锈处理．然后经无水乙醇清洗后。放入１２０℃烘箱烘干１ｈ以上，取出放人干燥器内冷至室温，用万分之一光电天平称基质量，并在

７００℃的箱式电阻炉中保温１６ｈ，然后随炉冷却至３００℃

匀。３憾样ｖ，ｒｉ比为１．３９时组织中石墨形态，其蠕化率

仅为４０％左右。且组织中出现大量珠光体组织。在试验ｖ、Ｔｉ含量变化范围内，蠕铁的基体组织为铁素体＋珠光体，随着ｖ、Ｔｉ的质量分数的增加铁素体的含量在不断增加，而珠光体的含量在不断减少。２４试样的基体组织中铁素体含量相对较多，而珠光体的含量相对较少，这也是耐热玻璃模具材料所必须满足的机加工性能之一。但当ｖ、Ｔｉ的含量继续增大时，其基体中铁素体的量反而减少，珠光体的量增加（图２ｃ）。说明ｖ、Ｔｉ合金元素影响蠕墨铸铁的基体中铁素体和珠光体的相对数量以及珠光体在基体中弥散度。钛属于晶界偏析型元素，可以抑制石墨球化的作用，扩大残余蠕化

荆的范围，稳定获得蠕虫状石墨。

出炉。空冷到室温后立刻称量，计算出氧化后质量增加值【３Ｊ。并按如下公式计算氧化速度：

＂＝（ｍｒｍ２）／（Ｓ ￡）

（１）

式中：”为平均氧化速度，ｇ－ｍ－２，ｈ。；ｍ．为加热前试样的质量，ｇ；ｍ：为加热后试样的质量，ｇ；ｓ为试样表面

积，ｍ２；沩氧化时间，ｈ。

热疲劳性是由于玻璃模具在服役时，温度周期性变化导致产生裂纹。根据模具的服役条件，在实验室的电阻炉中模拟其工作条件，加热到６００℃并保温

１０

２．２曩墨铸铁的抗氧化、耐热疲劳性能

对不同Ｖ／Ｔｉ比，的试样进行氧化性、热疲劳性试验，其氧化速率，热循环产生的裂纹长度如表３所示。

ｍｉｎ，取出放入冷水中急冷，反复循环２００次．对裂

纹进行显微观察，通过对裂纹长度的衡量，来表征蠕

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７试样

图２小ｊ司ｖ、ｎ舍量的右墨与甚体＝｝ｌ；态

Ｆｉｇ，２ＴｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄｍａｔｒｉｘｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＶ，Ｔｉｃｏｎｔｅｎｔｓ

由表３可以得出蠕墨铸铁中钒、钛合金的含量影响石墨的形态、大小以及分布是影响氧化速度的主要因素。不同的石墨形态，氧化过程也不同，由于灰铸铁

以直接氧化为主，其氧化通道是片状石墨，球铁以间

其抗氧化性及耐热疲劳性。一般认为氧化起皮是玻璃模具材料氧化失效的主要原因之一，在高温状态下，

铸造昊进钱等：ｖ、Ｔｉ台金化对玻璃模具材料抗氧化及耐热疲劳性的影响

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表３抗氧化性、耐热疲劳性试验结果

Ｔａｍｅ３ＲｅｓｕｌｔｏｆａｎｔｉｏＪｄｄａｆｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔ

合金的加入，在凝固过程中被吸附在石墨与金属相界面上，形成障碍层，对碳原子穿过晶界向石墨晶核扩散产生阻碍作用口Ｉ，形成的合金碳化物的晶粒细小，均

匀地分布于基体组织中，通过弥散强化作用使基体强化，从而增强模具基体组织与氧化膜之间的粘附作用，

减少二者之间的微空隙，增强基体的抗氧化剥落能力。

接氧化为主，氧离子从界面沿最近的途径扩散入石墨球中，石墨球逐个被氧化Ｈ，而蠕墨铸铁中石墨的头部呈现出钝化现象，利于减轻石墨对基体的割裂作用，切断氧化通道，故而氧化介于两者之间。由于钒、钛

这样也就不难解释为什么２铽样的抗氧化性优于１４、３４

试样了。通过本试验可以得出，合金元素含量是影响铸铁抗热疲劳性的主要因素之一。试样的热疲劳裂纹形貌见图３。

Ｆｉｇ

３Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇ／ｅｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋ

研究表明目，蠕墨铸铁热裂纹破坏主要在石墨．基体用，提高其抗氧化耐热疲劳性。

参考文献：

竺詈要÷璧耋誓翌詈：。呈热銎警竺要罢篓塑芝要：．苎圭要是因为石墨松软且脆弱，模具在使用时反复接触高温

的玻璃液，产生交变的热应力，在应力作用下导致应力

ｉ１。；蕞三．刘晴．吴春京．等奥氏体基体灰铸铁与镍基合金复合

玻璃模具材料的研究［Ｊ］热加工工艺．２００５（８）：５－７

『２１余光达，岳旭东．吴春京，等玻璃模具用高镍Ｄ型石墨奥氏体

铸铁的性能的研究【Ｊ］热加工工艺，２００５（５）：４－６

集中，容易在石墨处产生裂纹源。因此，合适的钒、钛

合金元素的含量能够影响石墨形态、大小以及分布，从而降低在热循环时的热应力作用，减缓裂纹扩展速度。

【３］中国机械工程学会铸造分会铸造手册【Ｍ］北京：机械工业出版

［４］郭令军ｔ薄铁在７００＂Ｃ时氧化过程的观察佣铸造技术．１９９５

３

结论

（１）蠕墨铸铁在Ｖ

０．１３％、Ｔｉ０．０８％，Ｖ／Ｔｉ

为１．６３

［５］张金山，卫振亚，高慧低合金蠕墨铸铁玻璃模具的组织与性能

太原理工大学学报【Ｊ】２０００．３１（２）：２１０—２１４

［６］ＮｅｃｈｔｅｌｂｅｒｇｅｒＥ，盛达蠕虫状石墨铸铁的应用实例【Ｊ】现代铸

铁－１９８３（１）：３７—３８

时，蠕虫状石墨组织均匀分布于铁索体基体中，具有

较好的组织及热物性。

（２）钒钛合金化处理后使组织中蠕虫状石墨均匀

德蔷慧髦２鬟囊和絮篡二嘉票薷慧鬈黧的弥散分布强化基体，同时降低热循环时的热应力作

（黼潘甄ｐｊｙ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）…１１’…１’”７０

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