發(fā)布時(shí)間：2017-10-28 02:16

  本文關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵QT500攪拌摩擦表面加工組織演變及性能研究

  更多相關(guān)文章： 攪拌摩擦加工 球墨鑄鐵(QT500) 石墨 馬氏體 珠光體 表面改性

【摘要】：新興的固態(tài)攪拌摩擦焊技術(shù)及其衍生的新型加工方法,不僅可以實(shí)現(xiàn)金屬材料的連接,還可以用于金屬材料的表面改性。本文基于攪拌摩擦加工原理對(duì)球墨鑄鐵(QT500)進(jìn)行表面改性研究,分別運(yùn)用有針和無(wú)針的攪拌頭制備出具有結(jié)構(gòu)和組分不同于原QT500母材的改性層。通過(guò)分析加工表面的宏觀成形性,加工區(qū)微觀組織結(jié)構(gòu)演變(包括加工區(qū)石墨形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布的變化和基體微觀組織的演變),以及加工區(qū)組織性能,深入地研究了QT500表面攪拌摩擦加工的基本理論以及關(guān)鍵性問(wèn)題。研究表明,QT500表面改性層的宏觀成形性與加工過(guò)程的熱輸入量有著密切關(guān)系,通過(guò)控制加工工藝參數(shù)(攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、行進(jìn)速度)來(lái)調(diào)整熱輸入量,可以獲得表面成型良好,沒(méi)有任何缺陷的表面加工改性層。加工過(guò)程中由于攪拌頭的旋轉(zhuǎn)摩擦作用,改性層中石墨的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及分布發(fā)生顯著的變化,并且有無(wú)攪拌針對(duì)石墨的形態(tài)分布有著重要影響�；谟嗅様嚢桀^進(jìn)行表面加工時(shí),攪拌區(qū)的石墨發(fā)生了明顯的破碎與細(xì)化,細(xì)化的石墨尺寸大約為0.5-1μm,且分布比較均勻致密。熱機(jī)械影響區(qū)由于遭受塑性變形相對(duì)不是很劇烈,石墨顆粒只變形呈“長(zhǎng)條狀”或者“蝌蚪狀”,并沒(méi)有發(fā)生明顯的細(xì)化。把細(xì)化的石墨顆粒當(dāng)作示蹤材料可以發(fā)現(xiàn)在攪拌區(qū)邊緣有一個(gè)明顯的剪切流動(dòng)區(qū)域的存在,剪切流動(dòng)區(qū)域的寬度從前進(jìn)側(cè)逐漸向后退側(cè)變大�；跓o(wú)針攪拌頭進(jìn)行表面加工時(shí),由于缺少攪拌針的影響,改性層中石墨主要發(fā)生了變形,細(xì)化并不明顯,變形的石墨呈“蠕蟲狀”或“長(zhǎng)條狀”,且變形的程度沿著厚度方向往加工區(qū)內(nèi)部逐漸減弱,熱機(jī)械影響區(qū)石墨主要呈現(xiàn)“橢球狀”。同時(shí),加工區(qū)的石墨形態(tài)與工藝參數(shù)有著密切的關(guān)系。由于在加工過(guò)程中,表面改性層組織遭受了熱循環(huán)和嚴(yán)重的塑性變形作用,改性層中基體的微觀組織發(fā)生了顯著的變化�；w中鐵素體與珠光體組織轉(zhuǎn)變成馬氏體、珠光體與奧氏體組織。且馬氏體、珠光體和奧氏體含量取決于加工過(guò)程的工藝參數(shù)。當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度較快或行進(jìn)速度較快時(shí),馬氏體相變發(fā)生越容易,奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變量則越多,相應(yīng)的珠光體含量則越少。由于改性層中微觀組織發(fā)生了變化,故其力學(xué)性能也隨之改變,改性層中由于馬氏體相的存在,其硬度得到顯著改善,顯微硬度值達(dá)到800 HV以上,耐磨性也相應(yīng)的提高。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,研究了兩種不同加工條件下石墨球變形、破碎、分布的機(jī)制,石墨變形破碎的直接驅(qū)動(dòng)力來(lái)源于攪拌頭的旋轉(zhuǎn)摩擦。并且通過(guò)熱力學(xué)分析了微觀組織演變所需要滿足的條件。
【關(guān)鍵詞】：攪拌摩擦加工 球墨鑄鐵(QT500) 石墨 馬氏體 珠光體 表面改性
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 本文研究背景12-13
• 1.2 攪拌摩擦焊/加工技術(shù)及其發(fā)展13-16
• 1.2.1 攪拌摩擦焊/加工技術(shù)概述13-14
• 1.2.2 攪拌摩擦焊/加工技術(shù)工藝原理14-16
• 1.2.3 攪拌摩擦焊/加工技術(shù)發(fā)展16
• 1.3 攪拌摩擦加工的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 攪拌摩擦加工材料微觀組織結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.2 攪拌摩擦加工材料超塑性研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.3 攪拌摩擦加工表面改性研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 鑄鐵攪拌摩擦焊/加工的研究綜述20-22
• 1.4.1 鑄鐵及其與鋼的攪拌摩擦焊20-21
• 1.4.2 攪拌摩擦加工對(duì)鑄鐵的表面改性21-22
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容和意義22-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法24-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料24-25
• 2.2 工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置25-27
• 2.2.1 攪拌摩擦加工實(shí)驗(yàn)設(shè)備25
• 2.2.2 攪拌摩擦加工攪拌頭設(shè)計(jì)25-27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析27-30
• 2.3.1 加工后微觀組織觀察與分析27-28
• 2.3.2 加工過(guò)程中攪拌區(qū)實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)28
• 2.3.3 加工后機(jī)械性能分析28-30
• 第三章 基于有針攪拌頭的QT500 攪拌摩擦加工實(shí)驗(yàn)30-54
• 3.1 引言30
• 3.2 加工表面改性層的特征結(jié)構(gòu)30-38
• 3.2.1 表面宏觀形貌及成因30-32
• 3.2.2 單道次攪拌區(qū)宏觀結(jié)構(gòu)32-33
• 3.2.3 攪拌區(qū)典型的微觀組織分析33-38
• 3.3 主要工藝參數(shù)對(duì)改性層中石墨形態(tài)和分布的影響38-40
• 3.3.1 旋轉(zhuǎn)速度38-39
• 3.3.2 行進(jìn)速度39-40
• 3.4 主要工藝參數(shù)對(duì)改性層中基體組織演變影響40-46
• 3.4.1 旋轉(zhuǎn)速度40-44
• 3.4.2 行進(jìn)速度44-46
• 3.5 加工過(guò)程材料剪切流動(dòng)結(jié)果與分析46-48
• 3.6 改性層硬度及耐磨性分析48-51
• 3.6.1 硬度分析及組織強(qiáng)化機(jī)理48-49
• 3.6.2 摩擦磨損性能分析49-51
• 3.7 本章小結(jié)51-54
• 第四章 基于無(wú)針攪拌頭的QT500 攪拌摩擦加工實(shí)驗(yàn)54-68
• 4.1 引言54
• 4.2 加工表面的宏觀成形性分析54-57
• 4.2.1 單道次加工表面宏觀形貌54-56
• 4.2.2 單道次加工截面宏觀形貌56-57
• 4.3 改性層中微觀組織結(jié)構(gòu)的影響57-63
• 4.3.1 改性層中石墨形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化57-60
• 4.3.2 改性層中基體組織結(jié)構(gòu)的演變60-63
• 4.4 改性層硬度及耐磨性分析63-66
• 4.4.1 硬度分析及組織強(qiáng)化機(jī)理63-65
• 4.4.2 摩擦磨損性能分析65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 第五章QT500 表面改性層微觀組織演變機(jī)理研究68-78
• 5.1 引言68
• 5.2 熱—機(jī)械效應(yīng)對(duì)石墨顆粒的行為68-72
• 5.2.1 石墨顆粒破碎、變形機(jī)理分析68-71
• 5.2.2 石墨顆粒的彌散分布機(jī)制研究71-72
• 5.3 熱—機(jī)械效應(yīng)對(duì)基體組織相變的影響72-77
• 5.3.1 塑性變形誘導(dǎo)組織相變熱力學(xué)分析72-75
• 5.3.2 熱—機(jī)械效應(yīng)對(duì)組織相變的影響75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 結(jié)論78-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 致謝86-87
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87

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本文編號(hào)：1106223