姚永茂¹ 张芬红¹、黄勇¹、陈全心²、桂劲松¹、陈灿光²

1合肥开尔纳米能源科技有限公司；2宁国市华丰耐磨材料有限公司

  摘要：纳米 SiC 粉体属于硬质点,其稳定性好,熔点较高。当加入到CADI熔液中时, SiC 粉体作为外来异质形核, 增加了石墨核心,铸球心部石墨球个数增12-29%，促进石墨球细化,石墨球径可减小11.2％以上.冲击值提高18.76%。

  球墨铸铁进行等温淬火热处理，得到显微组织为：针状铁素体+富碳奥氏体+石墨球混合组织，称为等温火球墨铸铁（Austempered Ductile Iron，简称ADI），正是这种独特的显微组织，使等温淬火球墨铸铁具有优异的综合力学性能。含碳化物的等温淬火球墨铸铁（Carbidic Austempered Ductile Iron，简 称 CADI） 是近几年来由ADI派生出的一种新型的球铁材料。CADI不但继承了ADI的许多优越性能，还表现出比ADI更加卓越的耐磨性，更适用于要求优良的耐磨性能和足够韧性的工况条件，在耐磨材料行业得到广泛应用。

  但CADI与ADI相比，硬度有明显提高，而韧性有较大幅度降低，特别是对于厚大断面的铸件，由于心部冷却速度慢，结晶时间长，造成球化衰退、石墨球长大、石墨球数量减少，因球化不良而造成综机械性能下降，特别是韧性不足，严重影响CADI大直径铸球的应用，这也是大断面球墨铸铁件生产中的一个共性难题。

  宁国华丰耐磨材料有限公司自2013年采用油淬等温处理CADI铸球工艺以来，主要以生产φ120以下的CADI铸球为主，对于φ150以上的大直径CADI铸球发现心部球化衰退，韧性较低，使用过程容易出现破碎现象，为解决此项技术难题， 合肥开尔公司与宁国华丰公司合作，将纳米SiC变质技术应用到CADI大直径CADI铸球中，并取得初步成效。

1、试验方法

  采用0.75吨中频电炉冶炼,每炉出铁水800Kg,按公司奥铁体铸球正常工艺要求选材、冶炼、球化和孕育，稀土镁为球化剂加入量1.1%。

  纳米SiC制备:将纳米SiC粉体与球化剂粉体混合后造粒,与原球化剂混合一道加入球化坑内.纳米加入量为0.06%。球化后铁水直接浇注产品φ80球和φ150试验球。热处理在热处理生产线与正常产品一道进行。试样在铸球本体上采用线切割从中心抽样，冲击试试样从铸球心部切取，检测心部的球化状态和机械性能。

2、检测分析

2.1 化学成份

  因试验炉次较多，化学成分不可能完全相同，要求在控制的范围内波动，化学成份要求如表1

表1 化学成份控制范围

2.2球化状态分析

 为了验证试验数据的重复性能,相同试验共进行三次,每次试验球化状态分析见表2、图1。

 表2 三次试验球化指标分析

图1 三次试验球心部球化参数比较

从上述三次试验数据分析,加入纳米混合球化剂对φ150铸球心部石墨球径可减小4.5-12.4%,增加石墨球个数9-24.5%.三次试验φ150铸球心部石墨球都在300个以上。

2.3 金相图片

2.4 机械性能检测  冲击韧性和硬度检测见表3

     表3   150球心部冲击功和硬度

从检测数据分析:φ150铸球加入纳米球化剂后冲击韧性提高18.76%,而硬度变化不大.

3、分析与结论

  3.1 原样与加纳米球化剂石墨形态的对比可以看出, 未添加纳米 SiC粉体时, 铸球心部组织中的石墨球不圆整, 周边开裂,呈开花状或有尖角状凸起,石墨的球径也比较大, 这是因为心部冷却速度慢，造成球衰退和石墨球产生畸变。加入纳米 SiC 球化剂后, 石墨球的圆整度提高, 分散度较好,石墨球的直径变小、数量增多，对于生产大断面球墨铸铁，可以改善和提高综合机械性能。

  3.2纳米 SiC 粉体属于硬质点, 其稳定性好,熔点较高。当加入 到球铁熔液中时, SiC 粉体作为外来异质形核, 增加了石墨核心,石墨球个数增加12-29%，,促进了石墨球的细化，石墨球径可减小11.2%以上。