球墨鑄鐵管由于耐腐蝕、力學(xué)性能優(yōu)良，被廣泛的應用于給水、排水、灌溉系統中。球墨鑄鐵管中鑄鐵的球化質(zhì)量對球墨鑄鐵管的質(zhì)量具有決定性作用，其中鎳的含量對球墨鑄鐵管的球化質(zhì)量會(huì )產(chǎn)生什么影響？
鎳是石墨化元素，在球墨鑄鐵鐵液中和固態(tài)球鐵中都可以無(wú)限制地溶解，不會(huì )與碳形成化合物，可減少或消除游離滲碳體的形成，降低白口和脆性轉變溫度，強化基體組織，提高球鐵的強度和低溫沖擊韌性。
鐵素體基體組織的球墨鑄鐵具有較高的強度和優(yōu)良的塑性和韌性，特別是具有優(yōu)良的低溫韌性。通過(guò)熱處理的方法可以影響或改變球墨鑄鐵的基體組織，提高基體組織中鐵素體含量，從而進(jìn)一步提高球墨鑄鐵的低溫韌性。但當球墨鑄鐵中鎳含量控制調節不當時(shí)，會(huì )惡化球墨鑄鐵的組織形貌而導致低溫沖擊韌性的降低，或退火工藝選擇不當時(shí)，會(huì )導致球墨鑄鐵的組織分布不均勻而影響其性能的穩定性。
為此，我們在較為系統地研究不同鎳含量對球墨鑄鐵組織性能的影規律響的基礎上，確定了鎳元素的適宜加入量，根據球墨鑄鐵的具體鑄態(tài)顯微組織，經(jīng)過(guò)多次試驗制訂了球墨鑄鐵的熱處理工藝。
1試驗材料與方法
參考已有的研究成果，試驗將低溫高韌性球墨鑄鐵的化學(xué)成分設計為如下表所示。
試驗原材料選用某企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)高純生鐵，加入量為總爐料的60%；廢鋼選用成分穩定的低錳、低磷碳素鋼，加入量約為總爐料的40%；增碳劑選用微硫型，其成分要求98%以上固定碳量，0.2%以下灰份，粒度2~6mm；球化劑選用牌號為FeSiMg8RE3球化劑，加入量1.6%，粒度要求1~3mm；孕育劑采用硅鐵和硅鋇復合長(cháng)效孕育劑，加入量占澆注鐵水量的0.15% ~0.25%， 粒度為0.3~0.8mm，以增加石墨球數，改善石墨形態(tài)；鎳選用含鎳99%的電解鎳板，鐵液中鎳元素的含量通過(guò)加入量來(lái)控制。
依照規范的球墨鑄鐵合金熔煉、球化和孕育處理工藝進(jìn)行熔制，并使用QL-5800型火花直讀光譜分析儀檢測球墨鑄鐵的化學(xué)成分。分別制備鎳含量為0.0% .0.4%、0.6%和0.8%的U形球墨鑄鐵試塊。使用SXW-3-11箱式電阻爐對鑄態(tài)球墨鑄鐵進(jìn)行退火處理；用SH-W330型測溫儀測溫；用JBS-300B型沖擊試驗機進(jìn)行沖擊試驗；用HS-3001A型伺服萬(wàn)能試驗機進(jìn)行拉伸試驗；用日本島津HMV-2型全自動(dòng)顯微硬度計測試硬度；用XJG-04型金相顯微鏡觀(guān)察顯微組織；用SSX-550型掃描電鏡觀(guān)察拉伸斷口形貌。
2實(shí)驗結果及分析
不同鎳含量對鑄態(tài)球墨鑄鐵組織的影響
下圖為不同鎳含量球墨鑄鐵鑄態(tài)顯微組織。
由此可見(jiàn)，不同鎳含量下球墨鑄鐵鑄態(tài)組織均為鐵素體+石墨球+少量珠光體組成，沒(méi)有滲碳體和磷共晶組織。石墨呈黑色圓球狀，圍繞在其周?chē)陌咨珘K狀物質(zhì)為鐵素體，而不規則的暗灰色物質(zhì)為珠光體。隨著(zhù)鎳含量在0.0%至0.6%之間的增加，鐵素體晶粒逐漸細小，石墨球亦逐漸細小圓整，且數量增多；鎳含量為0.8%時(shí),石墨球化率和均勻性有所下降。
不同鎳含量對鑄態(tài)球墨鑄鐵力學(xué)性能的影響
不同鎳含量鑄態(tài)球墨鑄鐵的室溫力學(xué)性能測試結果如下表所示。
可見(jiàn)，隨著(zhù)鎳含量在0.0%~0.8%之間逐漸增加，球墨鑄鐵的硬度和抗拉強度逐漸提高，屈服強度先升高后下降，而伸長(cháng)率卻總體呈下降趨勢。
分析認為，當其他化學(xué)成分一定時(shí)，不同鎳的加入可間接的抑制石墨球和鐵素體的形成，降低奧氏體轉變溫度，延遲球墨鑄鐵中奧氏體向鐵素體的轉變，促使珠光體量的增加，導致不同成分球墨鑄鐵顯微組織的差異。而球墨鑄鐵的力學(xué)性能與其珠光體含量和石墨球形態(tài)密切相關(guān)，隨著(zhù)鎳含量的增加，珠光體含量增加，珠光體屬于便脆性組織，其含量越高，則球墨鑄鐵的硬度和抗拉強度越高，而韌性下降，所以伸長(cháng)率降低。當含鎳量在0.4% ~0.6%之間變化時(shí)，含鎳量增加可對基體產(chǎn)生晶粒細化作用，但對石墨的球化效果影響不大，所以球墨鑄鐵的屈服強度逐漸提高，而當含鎳量在0.6%~0.8%之間變化時(shí)，含鎳量增加會(huì )導致碳當量偏離最佳值，會(huì )惡化球墨鑄鐵鑄態(tài)組織和石墨球的形態(tài)，使石墨球化率和均勻性下降，所以球墨鑄鐵的屈服強度逐漸下降。因此，當含鎳量為0.6%時(shí), 鑄態(tài)球墨鑄鐵石墨球數量較多，且細小圓整，鐵素體晶粒也較為細小，組織形貌和綜合力學(xué)性能相對較佳。
