铸态奥—贝球铁组织性能控制技术研究

发布时间：2020-04-18 06:08

【摘要】：奥氏体贝氏体球墨铸铁(简称奥贝球铁,英文简称ADI)又称等温淬火球铁,是二十世纪钢铁冶金的重大发现之一,因其具有较高的强度,良好的塑韧性,在某些方面甚至优于钢的性能,而成本比钢要低很多,具有良好的经济效益,因此在汽车、船舶重工、轨道交通等领域的应用越来越广泛。目前ADI的获取途径主要是通过等温淬火热处理,但是等温淬火热处理会使得生产周期加长,有时候还需要使用大型的热处理设备,这会使得生产成本大幅度增加,而且淬火使用的NaNO_2和KNO_3熔盐也会对环境造成污染,这些缺点在一定程度上限制了奥贝球铁的发展。所以,在铸态下制备奥-贝球铁就具有很重要的工程价值。本文主要研究了不同的合金元素和冷却工艺(冷却方式、保温温度和保温时间)对铸态奥贝球铁组织和性能的影响,优化了制备铸态奥贝球铁的工艺。其中合金元素主要有Mo、Ni、Cu和Si,它们的综合作用用合金当量来表示:合金当量=1/10(ω_(Ni)+3.5ω_(Mo))~2+0.35_(Cu)-0.27ω_(Si);铸件的模数m(m=V/F,V-铸件的体积,F-铸件的表面积,量纲为cm)表示它的冷却能力。本文主要根据合金当量-模数-基体组织之间的近似关系,改变合金元素添加量和冷却工艺来改变合金当量-模数-基体关系图的形状和位置,从而影响铸态下球铁组织的组成、奥贝组织的均匀性、贝氏体组织的形态和分布、奥氏体和贝氏体的比例,从而优化制备铸态奥贝球铁的工艺。本课题在空冷,400℃保温1h条件下(模数m1.84,下同),研究了四种合金当量(0.150、0.400、0.704、1.054)对铸态奥贝组织和性能的影响,试验表明:合金当量为0.704和1.054时能够得到奥贝组织且不含有珠光体和马氏体,其中抗拉强度最大能达到825MPa、伸长率3.1%、硬度310HBW。在此合金元素基础上又研究了冷却工艺(冷却方式、保温温度和保温时间)对铸态奥贝球铁组织和性能的影响,其中对比风冷和空冷两种冷却方式,风冷所得的组织更加均匀,残余奥氏体较少,抗拉强度最高能达到1106MPa,伸长率最好为7.5%,硬度最好为362HBW,冲击功最好为96J;另外也研究了不同保温温度(425℃和375℃)和不同保温时间(1h和2h)对铸态奥贝组织和性能的影响,结果表明:375℃保温2h时奥贝组织均匀性、致密性最好,综合性能最好,其中最好性能为抗拉强度974MPa、伸长率6.7%、冲击功96J以及布氏硬度274HBW。通过综合对比各组实验结果得出:在合金当量为0.704(Mo、Ni、Cu的含量分别为0.5%、0.99%、0.80%),800-900℃开箱,风冷+雾冷,375℃保温的工艺条件下,铸件获得了974MPa的抗拉强度、6.7%的伸长率、96J的冲击功以及274HBW的布氏硬度。在实验室获得良好实验结果的基础上,将上述工艺应用于工厂条件下曲轴生产试验,初步探究该工艺在曲轴生产上的应用情况。对曲轴不同部分进行研究,结果显示:曲轴各部分都能够得到完全的奥贝组织,抗拉强度几乎都能达到850MPa以上,伸长率都在6%左右。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG143

【参考文献】