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第8期 李青春等：脉冲电流对球墨铸铁退火组织与性能的影响 ,855 1 度的脉冲电流时，试样的温度并没有明显改变，拉 实验方法 伸实验是在WDW200电子万能拉伸试验机上进行. 试样取自于离心球墨铸铁管，其质量分数为： 分别采用蔡司AXiover2O0MAT型金相显微镜和 C,3.449%;Si,2.79%;S,0.016%;P,0.048%; S3000N型扫描电镜观察试样中间部位的显微组织 Mn,0.14%;Mg,0.028%;Ti,0.03%.将试样加 和拉伸断口的形貌， 工成尺寸为90mm×10mm×8mm的拉伸试样，分 成A、B和C三组，A组的退火工艺为试样在920℃ 2实验结果 保温3min,炉冷到700℃，并保温10min.B组的工 分别测试试样在有无脉冲电流处理下的力学性 艺为试样在920℃保温3min的同时施加脉冲电流， 能，结果如表1.从表1可以看出，经过脉冲电流处 炉冷到700℃，并保温10mim.这两组实验的目的是 理后，球墨铸铁的抗拉强度、硬度有所降低，但延伸 考察高温下加脉冲电流对随后缓慢冷却时铁素体转 率升高.脉冲电流能够引起材料的力学性能发生变 变的影响，C组工艺为在920℃保温3min的同时 化，与材料的组织发生变化有关 施加脉冲电流，然后空冷，其实验目的是考察高温 图1表明：在其他处理条件相同的情况下，经过 下加脉冲电流对渗碳体石墨化的影响，为保证实验 脉冲电流处理后，球墨铸铁中的渗碳体基本消除，基 结果的准确性，每组试样各三个，脉冲电流的基本 体组织基本上为铁素体；而未加脉冲电流的退火组 参数为脉冲电压800V,脉冲频率20Hz, 织中还有一定数量的条状渗碳体和珠光体，通过定 将试样用两根紫铜管顶住，紫铜管通循环水冷 量的金相分析得出未加脉冲电流的退火组织中渗碳 却以确保紫铜管既不因温度过高而变形，又不会因 体和珠光体的体积含量分别为2.99%和3.67%. 为温度升高使铜管的电阻增大，从而影响脉冲信号 可见，在球墨铸铁的高温石墨化中施加脉冲电流加 的传递。考虑到电阻炉的大小，原计划试样长度为 速了渗碳体的分解，并促进了随后缓慢冷却时铁素 50mm,但由于卡试样的紫铜管需要通循环水冷却， 体的转变.球墨铸铁中渗碳体、珠光体数量的降低 试样两端的温度低于试样中心部位的温度；因此，为 以及铁素体的增加是其强度降低、延伸率增加的主 保证整个试样达到实验所要求的温度，必须将试样 要原因 的长度加长，本实验中试样的长度为90mm,将热 表1不同工艺条件下球墨铸铁的力学性能 电偶与试样的中间部位接触，通过自动控温仪观察 Table I Mechanical properties of spherical graphite iron under different treatment processes 高温下脉冲电流对试样温度的影响，由于输入的脉 冲电流能量相对于高温热能来说比较小，而试样两 试样 硬度，HB 抗拉强度/MPa 延伸率/% 107 430 端的温度又低于试样中心部位的温度，脉冲电流的 A 1.5 B 102 420 7.0 能量能够及时散发出去；因此在高温下施加较低密 图1经过不同退火处理后球墨铸铁的金相组织，(a)A组试样；(b)B组试样 Fig.1 Microstructures of spherical graphite iron after different annealing treatments:(a)the sample of A group:(b)the sample of B group 图2(a)表明，经过正常石墨化处理的球墨铸 墨铸铁的断口形貌为典型的韧性断裂，石墨周围出 铁，其断口形貌为典型的解理断裂，拉伸断口出现很 现了许多韧窝，可以看出，断口形貌的变化与力学 多解理裂纹，图2(b)表明，经过脉冲电流处理后，球 性能的变化规律相对应1 实验方法 试样取自于离心球墨铸铁管其质量分数为： C3∙449％；Si2∙79％；S0∙016％；P0∙048％； Mn0∙14％；Mg0∙028％；Ti0∙03％．将试样加 工成尺寸为90mm×10mm×8mm 的拉伸试样分 成 A、B 和 C 三组．A 组的退火工艺为试样在920℃ 保温3min炉冷到700℃并保温10min．B 组的工 艺为试样在920℃保温3min 的同时施加脉冲电流 炉冷到700℃并保温10min．这两组实验的目的是 考察高温下加脉冲电流对随后缓慢冷却时铁素体转 变的影响．C 组工艺为在920℃保温3min 的同时 施加脉冲电流然后空冷．其实验目的是考察高温 下加脉冲电流对渗碳体石墨化的影响．为保证实验 结果的准确性每组试样各三个．脉冲电流的基本 参数为脉冲电压800V脉冲频率20Hz． 将试样用两根紫铜管顶住紫铜管通循环水冷 却以确保紫铜管既不因温度过高而变形又不会因 为温度升高使铜管的电阻增大从而影响脉冲信号 的传递．考虑到电阻炉的大小原计划试样长度为 50mm但由于卡试样的紫铜管需要通循环水冷却 试样两端的温度低于试样中心部位的温度；因此为 保证整个试样达到实验所要求的温度必须将试样 的长度加长本实验中试样的长度为90mm．将热 电偶与试样的中间部位接触通过自动控温仪观察 高温下脉冲电流对试样温度的影响．由于输入的脉 冲电流能量相对于高温热能来说比较小而试样两 端的温度又低于试样中心部位的温度脉冲电流的 能量能够及时散发出去；因此在高温下施加较低密 度的脉冲电流时试样的温度并没有明显改变．拉 伸实验是在 WDW200电子万能拉伸试验机上进行． 分别采用蔡司 AXiover200MAT 型金相显微镜和 S—3000N型扫描电镜观察试样中间部位的显微组织 和拉伸断口的形貌． 2 实验结果 分别测试试样在有无脉冲电流处理下的力学性 能结果如表1．从表1可以看出经过脉冲电流处 理后球墨铸铁的抗拉强度、硬度有所降低但延伸 率升高．脉冲电流能够引起材料的力学性能发生变 化与材料的组织发生变化有关． 图1表明：在其他处理条件相同的情况下经过 脉冲电流处理后球墨铸铁中的渗碳体基本消除基 体组织基本上为铁素体；而未加脉冲电流的退火组 织中还有一定数量的条状渗碳体和珠光体．通过定 量的金相分析得出未加脉冲电流的退火组织中渗碳 体和珠光体的体积含量分别为2∙99％和3∙67％． 可见在球墨铸铁的高温石墨化中施加脉冲电流加 速了渗碳体的分解并促进了随后缓慢冷却时铁素 体的转变．球墨铸铁中渗碳体、珠光体数量的降低 以及铁素体的增加是其强度降低、延伸率增加的主 要原因． 表1 不同工艺条件下球墨铸铁的力学性能 Table1 Mechanical properties of spherical graphite iron under different treatment processes 试样 硬度HB 抗拉强度／MPa 延伸率／％ A 107 430 1∙5 B 102 420 7∙0 图1 经过不同退火处理后球墨铸铁的金相组织．（a） A 组试样；（b） B 组试样 Fig．1 Microstructures of spherical graphite iron after different annealing treatments：（a） the sample of A group；（b） the sample of B group 图2（a）表明经过正常石墨化处理的球墨铸 铁其断口形貌为典型的解理断裂拉伸断口出现很 多解理裂纹．图2（b）表明经过脉冲电流处理后球 墨铸铁的断口形貌为典型的韧性断裂石墨周围出 现了许多韧窝．可以看出断口形貌的变化与力学 性能的变化规律相对应． 第8期 李青春等： 脉冲电流对球墨铸铁退火组织与性能的影响 ·855·