本文關鍵詞：鑄鐵合金的石墨形態(tài)表征及控制研究

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【摘要】：蠕墨鑄鐵具有優(yōu)良的強塑性、耐熱疲勞性能和導熱性,作為一種重要的工程材料廣泛應用于國防和民用工業(yè)中。隨著汽車、發(fā)動機、渦輪葉片等工程裝備技術的快速發(fā)展及高可靠性需求的提升,諸如發(fā)動機缸蓋鑄鐵熱端部件的工作溫度愈來愈高,這些部件對蠕化率有很高的要求(在80%以上)以便將熱量快速導出,避免材料長期處于高溫環(huán)境影響部件正常工作和使用壽命。而在蠕墨鑄鐵工業(yè)化生產(chǎn)中,由于蠕化率不易控制導致大量產(chǎn)品不合格,嚴重影響廠家的信譽和材料的浪費。因此,在蠕墨鑄鐵澆注前,建立一種預測鐵液蠕化率,并對不滿足蠕化率的鐵液進行二次蠕化處理,以便達到理想蠕化率鑄件的新工藝,對現(xiàn)實生產(chǎn)和理論研究具有深刻的意義。本論文針對當前蠕墨鑄鐵制備過程中的蠕化率差、蠕化不均勻、石墨形態(tài)不易控制的缺點。利用熱分析技術分析了灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵的特征值規(guī)律,建立一種在線預測鑄鐵種類的新方法和蠕化率與熱分析曲線特征值之間的數(shù)學模型并加以驗證。研究了蠕化衰退時間對蠕化率、石墨長徑比及硬度的影響規(guī)律和蠕墨鑄鐵的二次蠕化調(diào)控技術,以便對蠕墨鑄鐵生產(chǎn)過程進行在線調(diào)控。系統(tǒng)研究了所制備的蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)與力學性能的內(nèi)在規(guī)律。取得的主要研究結果如下：(1)根據(jù)熱分析曲線特征值可以很好區(qū)別出灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵。當凝固曲線中初晶溫度與共晶溫度之差接近和超過20℃,生產(chǎn)出灰鑄鐵：當再輝溫度小于5℃時,生產(chǎn)出球墨鑄鐵。研究中還發(fā)現(xiàn)蠕墨鑄鐵的蠕化率與共晶最低溫度和再輝溫度線性相關,理論模型為：經(jīng)過試驗驗證和企業(yè)生產(chǎn)實踐檢驗證明該理論模型可以在線預測蠕墨鑄鐵的蠕化率,誤差在10%以內(nèi)。(2)蠕化衰退對基體石墨產(chǎn)生一定的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著衰退時間的延長,球狀石墨數(shù)量逐漸減少,蠕蟲狀石墨逐漸增多。當時間超過300s后,出現(xiàn)層片狀石墨,蠕化迅速衰退�；w組織中珠光體含量則隨衰退時間的延長呈現(xiàn)下降的趨勢,同時硬度降低。(3)二次蠕化調(diào)控可以顯著改善石墨形態(tài),阻滯蠕化衰退。當一次蠕化劑加入量為0.22%,二次蠕化劑加入量為0.05%～0.20%時,蠕化率先增加后降低,石墨的長徑比逐漸減小。當二次蠕化劑加入量為0.10%時,蠕化率較高,達到93.7%,石墨長徑比減少到7.5：然而,當一次蠕化劑加入量過大(0.30%)時,再進行二次蠕化結果正好相反。當一次蠕化劑加入量為0.30%,二次蠕化劑量由0.05%～0.20%時,蠕化率逐漸降低,球狀石墨迅速增多,石墨的長徑比反而逐漸增加,由8.31增至10.45。(4)鎂-稀土蠕化劑加入量對蠕墨鑄鐵的蠕化率和石墨長徑比、分布均勻性與形狀系數(shù)有顯著的影響。當鎂-稀土蠕化劑加入量由0.22%增加至0.55%時,蠕墨鑄鐵蠕化率由97.76%逐漸降低至55.21%；石墨的分布率由83.5%急劇降至32%,幾乎呈一次線性關系降低；石墨長徑比由8.56降至4.61；當鎂-稀土蠕化劑加入量由0.22%增加至0.32%時,石墨形狀系數(shù)由17.23減小至10.80。繼續(xù)增加蠕化劑量至0.50%,石墨形狀系數(shù)緩慢減小至9.11。當蠕化劑加入量至0.55%時,石墨形狀系數(shù)由急劇減小至1.94。(5)蠕墨鑄鐵石墨形態(tài)與力學性能密切相關。隨著蠕化率的提高,抗拉強度和延伸率均先增大后降低,當蠕化率為82%時,抗拉強度和延伸率達到最大(365MPa和3.6%)；隨著石墨的分布均勻性的提高,合金的抗拉強度先增大后降低,當石墨的分布率為54%時,抗拉強度和延伸率達到最大(360MPa和3.3%)；隨著石墨的長徑比的提高,合金的抗拉強度逐漸降低,當石墨的長徑比為6.65時,抗拉強度和延伸率達到最大(365MPa和3.6%)；隨著石墨形狀系數(shù)的提高,蠕墨鑄鐵合金的抗拉強度和延伸率逐漸降低,當形狀系數(shù)為1.94時,抗拉強度和延伸率達到最大(467.5MPa和7.2%)。
【關鍵詞】：蠕墨鑄鐵 蠕化衰退 力學性能 顯微組織
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG143
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 鑄鐵合金的分類、組織性能10-11
• 1.3 蠕墨鑄鐵制備技術11-13
• 1.3.1 蠕墨鑄鐵的孕育工藝11-12
• 1.3.2 蠕墨鑄鐵的蠕化工藝12-13
• 1.4 國內(nèi)外蠕墨鑄鐵蠕化率控制13-17
• 1.4.1 熱分析技術在鑄鐵中的應用13-14
• 1.4.2 蠕墨鑄鐵蠕化衰退和調(diào)控14-15
• 1.4.3 蠕墨鑄鐵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.4 蠕墨鑄鐵研究中存在的問題16-17
• 1.5 本文的研究目的及主要研究內(nèi)容17-19
• 2 實驗材料與方法19-25
• 2.1 試驗材料及化學試劑19
• 2.2 試驗設備19-20
• 2.3 試驗材料制備20-21
• 2.3.1 試樣前期處理20
• 2.3.2 材料配制及蠕化劑選擇20
• 2.3.3 熔煉處理20-21
• 2.3.4 試樣后期處理21
• 2.4 石墨鑄鐵熱分析曲線及特征值21-22
• 2.5 鑄鐵合金的顯微組織及石墨形態(tài)22-23
• 2.5.1 鑄鐵合金的組織結構測試22
• 2.5.2 鑄鐵合金石墨蠕化率測試22
• 2.5.3 鑄鐵合金石墨分布率測試22-23
• 2.5.4 鑄鐵合金石墨長徑比測試23
• 2.5.5 鑄鐵合金石墨形狀系數(shù)測試23
• 2.6 鑄鐵合金的力學性能測試23-25
• 2.6.1 鑄鐵合金拉伸性能測試23-24
• 2.6.2 鑄鐵合金硬度測試24-25
• 3 鑄鐵合金熱分析曲線分析25-32
• 3.1 引言25
• 3.2 灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵熱分析曲線研究25-27
• 3.3 熱分析特征參數(shù)對蠕墨鑄鐵蠕化率影響27-30
• 3.3.1 熱分析特征參數(shù)對蠕化率的主次關系27-28
• 3.3.2 共晶最低溫度、再輝溫度對蠕化率的影響28-29
• 3.3.3 蠕墨鑄鐵蠕化率誤差分析29-30
• 3.3.3.1 研究方法與范圍29
• 3.3.3.2 數(shù)學模型的驗證29-30
• 3.4 本章小結30-32
• 4 蠕墨鑄鐵蠕化衰退和二次蠕化處理32-41
• 4.1 引言32
• 4.2 蠕墨鑄鐵蠕化衰退32-36
• 4.2.1 蠕墨鑄鐵衰退時間對顯微組織的影響33-35
• 4.2.2 蠕墨鑄鐵衰退時間對力學性能的影響35-36
• 4.3 蠕墨鑄鐵二次蠕化處理36-40
• 4.4 本章小結40-41
• 5 蠕化劑量對石墨形態(tài)的影響41-54
• 5.1 引言41
• 5.2 蠕化劑加入量對鑄鐵石墨形態(tài)的影響41-49
• 5.2.1 蠕化劑加入量對鑄鐵蠕化率的影響41-43
• 5.2.2 蠕化劑加入量對鑄鐵石墨分布性的影響43-45
• 5.2.3 蠕化劑加入量對鑄鐵石墨長徑比的影響45-46
• 5.2.4 蠕化劑加入量對鑄鐵石墨形狀系數(shù)的影響46-49
• 5.3 蠕化劑加入量對鑄鐵性能的影響49-52
• 5.4 本章小結52-54
• 6 結論54-56
• 參考文獻56-61
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文61-62
• 致謝62-64

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本文編號：757433