作为重要的工程材料,球墨铸铁被广泛应用于工业生产。然而,随着经济社会的变革,人们对球墨铸铁的力学性能指标提出了新的要求,新型高性能球墨铸铁的研究已经刻不容缓。目前,高性能球墨铸铁的生产主要通过热处理和合金化来实现。不同于热处理,采用合金化的方式在铸态下获得高性能球墨铸铁更具有工艺和成本优势。合金化元素多种多样,Si、Mn、Cu、Ni、Mo等元素的应用研究已经很深入,而Nb、Sb等元素虽然也被认为是强化球墨铸铁的有效元素,但关于这些元素在球墨铸铁中作用规律和机理的研究很少,且已有的研究众说纷纭,很难构成体系。因此,开展Nb、Sb对铸态球墨铸铁影响的研究工作是很有必要的。本论文以不添加其他合金元素的QT450-10为基础,首先探讨了Nb、Sb两合金元素分别对铸态球墨铸铁组织及力学性能的影响,揭示了Nb、Sb对球墨铸铁的作用规律和机理。在此基础上,又研究了不同含量的Nb、Sb元素对球墨铸铁的复合作用,主要研究结果如下:(1)将铌铁随其它原料加入到感应炉中,当Nb含量在0.05 wt.%-0.21 wt.%时,Nb元素在球墨铸铁中除了固溶在组织中,还会以块状NbC颗粒的形式存在,这些颗粒形状各异,尺寸多在10μm以下,且在石墨和基体组织中均有分布。Nb含量升高时,石墨组织的球化率、数目降低,石墨球尺寸增大;同时,基体组织中的铁素体含量降低,珠光体含量升高,且珠光体组织得到细化。随着Nb含量的升高,试样的抗拉强度提升,在Nb含量为0.21 wt.%时,抗拉强度达到最高504 MPa,相比未加入合金元素时提高了11.3%,但是,试样的伸长率也不断下降。(2)金属锑采用包内冲入法添加到球墨铸铁中,当其含量在0.006 wt.%-0.025 wt.%时,Sb元素均固溶于球铁组织中,且在石墨球和基体组织接触的边界上分布较多,形成了Sb含量较高的富锑层。随着Sb含量的升高,石墨组织的球化率、数目和析出石墨面积比的变化均呈抛物线趋势,且在Sb含量为0.013 wt.%时达到顶峰,之后开始下降;Sb含量升高时,基体组织中的铁素体含量降低,珠光体含量升高,而且珠光体片层间距逐渐减小。试样的抗拉强度值随Sb含量的升高而增大,在Sb含量为0.025 wt.%时,抗拉强度达到最高521 MPa,相比未加入合金元素的试样提高了15.1%,同时,试样的伸长率不断下降,对于本实验设计的球墨铸铁成分,Sb含量不宜超过0.013 wt.%。(3)Nb和Sb元素同时加入到铁液中,合金化球墨铸铁试样的珠光体含量明显升高,抗拉强度值大幅度增大。当Nb、Sb含量分别为0.21 wt.%、0.013 wt.%时,得到球墨铸铁的抗拉强度达到最高578 MPa,相比未添加合金元素时提高了27.6%,但其伸长率也会受到影响而降低。因此,在实际生产中,应根据需要合理的选择两合金元素的添加量,才能使球墨铸铁的强度和塑韧性均保持在较高的水平。