灰铸铁具有良好的铸造成形性、加工性、耐磨性、耐热性、吸振性等性能被广泛运用为高速压力机机身底座和连杆材料。但铸铁强度较低,为提高灰铸铁的强度,目前常采用合金化措施,但大量使用合金会导致灰铸铁硬度升高及塑性变形性能降低。高速压力机在工作过程中承受高冲击载荷,过度合金化后,铸件会发生脆性开裂,降低了产品寿命。鉴于此,本文从细观尺度对材料的性能和受力状态进行了研究,探讨了铸件微裂纹的形成机理及开裂方式。
高速精密压力机连杆材料为ht200,该铸件的实测化学成分(质量分数,%)为3.3c,1.73si,0.86mn,0.09p,0.086s,0.04ti,余量为fe。它的抗拉强度为189mpa,弹性模量为128.6gpa。连杆断口的基体上掺杂银亮色白口成分。在断口处取样进行金相组织观察,石墨分布形态为片状+菊花状,晶粒较粗大。石墨长度级别为2级。基体组织为珠光体+铁素体,其中珠光体数量≥98%,碳化物+磷共晶数量约为6%。磷共晶的形成是由于磷在奥氏体中的溶解度很小,容易发生偏析形成磷共晶,它熔点低,一般分布在晶界和枝晶间。
在现行的铸铁合金化工艺中,适量添加合金元素,在铸造时可细化晶粒、促进珠光体转化、提高铸件硬度。虽然微量元素锑也可以实现硬度的提高,但锑容易造成磷共晶的超标,形成硬质点。连杆断裂是由于锑元素致使磷偏聚形成磷共晶体,在细观尺度上形成应力状态不协调致使裂纹萌生。