隨著合金價(jià)格的提高,生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本,本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用氮、鈦、鈮對(duì)鐵液進(jìn)行合金化,通過(guò)金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn),研究了氮、鈦、鈮對(duì)灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗(yàn)結(jié)果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時(shí),試樣的金相組織為A型石墨+細(xì)片狀珠光體+少量鐵素體。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長(zhǎng)度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對(duì)基體的割裂作用減弱；細(xì)片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減??；試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度逐漸增大,當(dāng)含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到大值,分別為395MPa和260HBW。當(dāng)鐵液中含氮量≥0.011%時(shí),鑄件表面下開(kāi)始出現(xiàn)氣孔缺陷。 在適當(dāng)含氮量(0.0080%左右)基礎(chǔ)上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內(nèi)時(shí),試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。
試樣的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規(guī)則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。

通過(guò)化學(xué)成分的控制和對(duì)工藝的調(diào)整，獲得D型石墨，并對(duì)觀組織、力學(xué)性能、耐高溫性能進(jìn)行研究，以提高玻璃模具的使用壽命。通過(guò)Si和合金元素成分的選擇和控制，研究了化學(xué)成分對(duì)D型石墨鑄鐵觀組織的影響。結(jié)果表明Si是影響D型石墨形成的主要因素，Ti、Cr、Cu有利于促進(jìn)D型石墨的形成；D型石墨鑄鐵玻璃模具適宜的化學(xué)成分范圍為：3.2～3.52.2～3.0％Si、0.2％Ti、0.54～0.89％Mn、<0.05<0.10.49～0.54％Cr、0.35～0.65％Cu；當(dāng)含Ti量在0.1～0.3％之間變化時(shí)，隨著含Ti量的增加，D型石墨增多。在此成分范圍內(nèi)獲得的D型石墨鑄鐵的力學(xué)性能為：硬度HB范圍為217～2抗拉強(qiáng)度MPa，范圍為246～285。 通過(guò)采用澆注階梯型試樣和放置冷鐵方法，使鑄鐵獲得不同的冷卻速度，研究冷卻速度對(duì)D型石墨鑄鐵觀組織的影響。
結(jié)果表明：隨著冷卻速度的增大，石墨形態(tài)由較粗大的片狀石墨逐漸變成細(xì)小的點(diǎn)狀石墨。在厚度為30mm試樣的下方放置冷鐵時(shí)，在距離冷鐵25mm的鑄鐵組織中能夠獲得較細(xì)小的D型石墨組織。 對(duì)不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗氧化性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在750℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵保溫24小時(shí)，使其氧化增重，研究成分和組織對(duì)D型石墨抗氧化性能的影響。結(jié)果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高4～5倍的抗氧化性能。 對(duì)不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗熱疲勞性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在800℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵加熱到800℃，保溫5分鐘取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反復(fù)循環(huán)直至出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂紋為止。