【摘要】： 針對水冷金屬型離心鑄造法生產球墨鑄鐵管高溫退火中存在的高溫耗能、易變形等問題,本文將脈沖電流處理技術用來加速球墨鑄鐵的固態(tài)石墨化過程。首先從理論上探討了脈沖電流作用時球墨鑄鐵的固態(tài)石墨化行為,然后通過實驗驗證了理論研究結果的正確性,從而系統(tǒng)地闡述了脈沖電流作用下球墨鑄鐵的固態(tài)石墨化機理。 理論研究表明,對鑄態(tài)球墨鑄鐵進行脈沖電流處理,在滲碳體周圍產生的位錯塞積使其自由能增加而穩(wěn)定性降低,滲碳體石墨化的驅動力增加,為滲碳體的快速石墨化提供了有利的熱力學條件。本文建立了電流密度與滲碳體分解速率和石墨形核率的理論關系式,表明脈沖電流密度增加,滲碳體的石墨化進程加快。脈沖電流通過增加滲碳體的不穩(wěn)定性系數和時間指數、降低碳原子在奧氏體中的擴散激活能來提高滲碳體的分解速率,通過降低石墨的形核勢壘、縮短形核孕育期、增加石墨的形核位置來提高石墨的形核率,通過增加擴散前置系數、降低擴散激活能來提高碳原子在奧氏體中的擴散系數。石墨數量的增加縮短了碳在奧氏體內的擴散距離,促使碳原子快速轉變成石墨,從而加速滲碳體的石墨化過程。 實驗發(fā)現,與未經脈沖電流處理相比,在920℃保溫3min的同時施加300V、15Hz、3min的脈沖電流處理后,組織中滲碳體的含量降低了11%,新生石墨的數量增加了2%,新生石墨主要在奧氏體晶界形核并長成球狀。室溫下施加j_((max)≈1.67kA·mm~(-2)的脈沖電流處理后,組織中滲碳體的含量比未加脈沖電流處理時降低了12%,新生石墨的數量比未加脈沖電流處理時增加了3%,新生石墨主要在滲碳體附近形核并長成球狀。這一結果表明,無論是在高溫還是在室溫對球墨鑄鐵施加脈沖電流,都能加速滲碳體的石墨化過程。實驗結果驗證了脈沖電流可加速球墨鑄鐵固態(tài)石墨化過程的理論分析。采用電子探針分析表明,脈沖電流處理后奧氏體基體中碳的分布變得更加均勻,證實了脈沖電流可加強碳原子在奧氏體內的擴散能力,與理論分析結果一致。 本文系統(tǒng)研究了不同脈沖電流處理參數下球墨鑄鐵的固態(tài)石墨化過程。結果表明,脈沖電流作用下滲碳體的石墨化過程必須有溫度做保證才能發(fā)揮電流的輔助作用。在高溫施加低密度脈沖電流或在室溫進行高密度脈沖電流處理,隨著電流密度的增大、脈沖電流頻率的加快和脈沖處理時間的延長,滲碳體的石墨化進程加快。在電壓為3000V、電容為800μF的高密度脈沖電流處理下,球墨鑄鐵在13s內溫度達到1100℃,滲碳體實現了快速石墨化。當球墨鑄鐵在920℃保溫3min的同時施加參數為800V、20Hz、3min的脈沖電流時,滲碳體的石墨化過程基本完成。與完全消除滲碳體的正常高溫石墨化相比,脈沖電流處理下,滲碳體石墨化的時間縮短了7min,溫度降低了60℃。 本文研究了脈沖電流作用下球墨鑄鐵的基體組織轉變行為。結果發(fā)現,在球墨鑄鐵的高溫石墨化中施加脈沖電流使空冷時鐵素體的轉變量增多,珠光體的量減少,珠光體的片層間距減小。 本文的研究工作為應用脈沖電流促進球墨鑄鐵固態(tài)石墨化提供了理論和實驗依據。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TG143.5
【圖文】：

脈沖電流作用下滲碳體周圍發(fā)生

的堅硬相一滲碳體周圍時，由于滲碳體的強度高于奧氏體，滲碳體周圍的運動位錯受到滲碳體的阻礙。根據位錯塞積理論，同號位錯在前進的途中遇到障礙物而被塞積，位錯被滲碳體釘扎住，在滲碳體周圍形成位錯塞積，該過程如圖2.2所示。值得指出的是，脈沖電流也能促進位錯在滲碳體上的攀移。但是，位錯的攀移通常依靠高溫和原子的擴散才能實現，因此，位錯的攀移比滑移要困難。由于室溫下對球墨鑄鐵進行高密度脈沖電流處理時，球墨鑄鐵的升溫速度快，脈沖電流的處理時間很短，滲碳體界面上位錯攀移的速度趕不上滲碳體周圍的位錯塞積速度。因此，在滲碳體周圍的位錯塞積基本上來不及松弛。卜一-州卜.一叫__旗丫少3C土土曾土扮翼默二二二紅占占合必礴-.-位錯豁尸位錯塞積Fe3Clee--叫卜一一一日圖2.1脈沖電流作用下滲碳體周圍發(fā)生的塑性變形示意圖圖2.2脈沖電流作用下球墨鑄鐵中滲碳體周圍位錯塞積示意圖(2)高溫加低密度脈沖電流時球墨鑄鐵中位錯的行為當在球墨鑄鐵的高溫石墨化過程中施加低密度脈沖電流時，假設脈沖電流的脈寬較窄，脈沖電流頻率較低，每兩次脈沖電流的間隔時間遠大于脈沖寬度，那么高溫下球墨鑄鐵因施加脈沖電流而產生的溫升可以忽略不計，脈沖電流產生的熱壓應力幾乎為零。于是

溫還是在低溫施加脈沖電流，由于堅硬相滲碳體的存在使奧氏體中位錯的數量有不同程度的增加。因此，脈沖電流處理下，奧氏體的自由能會增加。根據上述分析，脈沖電流處理下，滲碳體向石墨轉變的驅動力可以用圖2.3中的△負表示。從圖2.3中可以看出，△負>△Gl�？梢�，與球墨鑄鐵的正常高溫石墨化過程相比，脈沖電流處理使?jié)B碳體石墨化的驅動力增加。脈沖電流作用下滲碳體石墨化的驅動力△負的大小與滲碳體周圍位錯的數量成正比，而滲碳體周圍位錯的數量與脈沖電流密度成正比。因此，脈沖電流密度越大，滲碳體周圍的位錯塞積程度就越嚴重，△負就越大，滲碳體的石墨化進程就越快。尸>、、不l少，入游G飛、，，.△﨏卜﨑

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 梁益龍;梁遲英;梁宇;;脈沖電流輔助熱處理對EA4T車軸鋼帶狀組織的影響[J];材料熱處理學報;2011年10期

本文編號：2779514