【摘要】： 球墨鑄鐵作為一種廉價(jià)的結(jié)構(gòu)材料,因其良好的耐磨性、減震性、低缺口敏感性以及優(yōu)良的切削加工性能和鑄造性能,已廣泛用于汽車(chē)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、冶金機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域,具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。目前,幾乎所有的球墨鑄鐵件都是直接鑄造成型或經(jīng)機(jī)加工后使用,為了達(dá)到強(qiáng)度的特殊要求,常規(guī)的處理方法是在球墨鑄鐵冶煉過(guò)程中添加一些合金元素或者增加后續(xù)熱處理工藝。但是,前者大大增加了球墨鑄鐵的生產(chǎn)成本,后者耗時(shí)、耗能,且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。而塑性加工由于具有較高的生產(chǎn)效率和材料利用率,并使得鑄坯結(jié)構(gòu)致密、粗晶破碎細(xì)化和均勻,從而顯著提高機(jī)械性能。因此,通過(guò)塑性加工使球墨鑄鐵獲得近(凈)終成形是提高球墨鑄鐵性能,擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域的有效途徑。 本文以工業(yè)中最常用的QT450-10球墨鑄鐵為實(shí)驗(yàn)材料,利用物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了球墨鑄鐵的塑性變形行為,分析了高溫壓縮過(guò)程中金屬基體以及第二相石墨顆粒的變化規(guī)律,進(jìn)而探討不同變形參數(shù)下微觀組織的演變機(jī)制,利用優(yōu)化的最佳變形溫度確定了QT450-10高溫鍛造和高溫軋制工藝,并嘗試了鍛造余熱淬火在球墨鑄鐵磨球上的應(yīng)用。主要研究結(jié)果如下: 利用物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了不同變形參數(shù)下QT450-10的高溫塑性變形行為。通過(guò)真應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析可知,球墨鑄鐵熱變形過(guò)程中出現(xiàn)明顯的加工硬化和加工軟化現(xiàn)象;曲線上峰值應(yīng)力在不同應(yīng)變速率下均隨溫度的增加而下降,而峰值應(yīng)變隨溫度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)。QT450-10在650-950℃溫度區(qū)間,應(yīng)變速率為0.01-10s~(-1)時(shí)的熱壓縮變形激活能Q=391.52 kJ/mol,流變應(yīng)力σ與Z參數(shù)表述的流變應(yīng)力方程為 其中Z參數(shù)可表述為: 發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界應(yīng)變?yōu)?對(duì)球墨鑄鐵變形試樣的基體組織觀察分析表明:球墨鑄鐵在變形過(guò)程中存在形變誘導(dǎo)相變現(xiàn)象。球墨鑄鐵中形變誘導(dǎo)鐵素體轉(zhuǎn)變溫度比常規(guī)先共析鐵素體轉(zhuǎn)變溫度提高150℃,且誘導(dǎo)相主要在變形的石墨顆粒周?chē)运椴級(jí)K狀形態(tài)存在;形變誘導(dǎo)珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度較未變形試樣提高43℃,經(jīng)奧氏體形變誘導(dǎo)珠光體轉(zhuǎn)變后,珠光體發(fā)生球化,即碳化物相為均勻分布于鐵素體基底的極細(xì)的球狀顆粒沉淀,其平均尺寸僅為338nm,而鐵素體基底分割為許多等軸的亞晶粒,其平均直徑僅為1.16μm。 研究了變形參數(shù)影響石墨顆粒演變的規(guī)律,結(jié)果表明:隨溫度的升高,石墨體積百分含量和石墨顆粒形狀因子β(石墨短軸/長(zhǎng)軸)呈明顯下降趨勢(shì),而相鄰石墨間距則逐漸增加;當(dāng)應(yīng)變速率增加時(shí),石墨間距略有下降,而石墨體積百分含量和石墨顆粒形狀因子β均無(wú)明顯變化;隨著應(yīng)變量的增加,相鄰石墨間距和石墨顆粒形狀因子β呈明顯下降趨勢(shì),而石墨體積百分含量基本不變。 計(jì)算表明,石墨由球形演變?yōu)闄E球狀后,當(dāng)外界拉應(yīng)力方向與橢球長(zhǎng)軸平行時(shí),石墨形狀改變可緩和石墨對(duì)基體的應(yīng)力集中效應(yīng)。球鐵熱變形過(guò)程中,石墨發(fā)生塑性變形是因受到基體的摩擦力,導(dǎo)致石墨沿主流變應(yīng)力方向伸長(zhǎng),即最終的石墨破碎是拉伸斷裂而非脆性斷裂,當(dāng)變形量大于石墨顆粒破斷的最小變形量(εε_(tái)(min))時(shí)石墨隨即發(fā)生破裂。 采用逐步逼近法得出QT450-10最佳壓力加工溫度區(qū)間。在該溫度區(qū)間設(shè)計(jì)了球墨鑄鐵的高溫鍛造和高溫軋制工藝。鍛造過(guò)程中,球墨鑄鐵發(fā)生奧氏體變形后的相變,得到了間距小于0.319μm的細(xì)珠光體,較常規(guī)正火珠光體片層間距(0.46μm)小30.6%。盡管鍛件較鑄態(tài)試樣的伸長(zhǎng)率降低了14%,但是抗拉強(qiáng)度卻由原來(lái)的560 MPa增加到905 MPa,提高了61.6%,抗彎強(qiáng)度增加了61.2%。當(dāng)球墨鑄鐵軋坯的壓縮比達(dá)到8.83(壓縮量89%)時(shí)仍保持良好板型,并未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,說(shuō)明球墨鑄鐵具有良好的高溫可塑性。軋坯中心部位珠光體含量低于邊緣部分,石墨由球形演變?yōu)槠瑢訝�。�?yōu)化軋制參數(shù)后,軋坯抗拉強(qiáng)度較鑄態(tài)球鐵提高了26.5%,尤其在平行軋制方向取樣的沖擊功達(dá)到34 J。軋板出現(xiàn)各向異性,板坯平行軋制方向(縱向)的抗拉強(qiáng)度比垂直軋制方向(橫向)高18.9%,延伸率高13.3%。 最后,本文進(jìn)行了球墨鑄鐵磨球的鍛造余熱淬火實(shí)驗(yàn),與常規(guī)淬火球墨鑄鐵磨球以及含鉻鑄鐵磨球相比,鍛造余熱淬火球墨鑄鐵磨球的馬氏體組織由于繼承了形變奧氏體中的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)而得到充分細(xì)化,磨球邊緣硬度值比常規(guī)淬火磨球的高5.3%。并且鍛造余熱淬火磨球沖擊韌性是常規(guī)淬火磨球和高鉻鑄鐵磨球的3倍。鍛造余熱淬火的磨球磨損率比常規(guī)淬火球墨鑄鐵磨球的磨損率低53.1%,比含鉻鑄鐵磨球的磨損率低51.1%。摩擦系數(shù)比常規(guī)淬火球墨鑄鐵磨球的低7.4%,比含鉻鑄鐵磨球的低9.6%。
【圖文】：

比0.283表1.2柴油機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)磨耗量比較運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小主軸頸磨耗量/mm曲軸銷(xiāo)頸磨耗量/mm熱處100015000.020一0.0640.002一0.0060.030一0.1100.001一0.004正火+的應(yīng)用概況及前景〔，，，-20J上述優(yōu)異的鑄造和使用性能，以及低廉的價(jià)格，自工業(yè)，2005年與1949年相比，產(chǎn)量提高349.8倍(圖1.2)量最多的國(guó)家(圖1.3)。球鐵也廣泛用于汽車(chē)曲軸，如圖1.4所示。在全世界范圍里，球鐵在各個(gè)領(lǐng)域中的車(chē)鑄件占20一25%，其它部門(mén)占15一30%。2000

圖1.32005年世界排名前五位國(guó)家球墨鑄鐵的產(chǎn)量Fig，1.3Nodulareastironoffiveworld一toPeountriesin2005
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TG143.5

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2660960