高硅铸铁组织与性能的研究

发布时间：2017-04-09 01:09

  本文关键词：高硅铸铁组织与性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：腐蚀作为材料的三大失效方式之一,给社会带来巨大的经济损失和灾难性事故。为此,开发了许多耐腐蚀的合金,如铝基耐蚀合金、镍基耐蚀合金、钛基耐蚀合金、不锈钢和耐蚀铸铁等。而在众多的耐腐蚀金属材料中,耐蚀铸铁由于其低廉的价格、优良的铸造性能以及优异的耐蚀性能而被广泛应用在生产中,其中高硅铸铁的应用最为广泛。但铸铁质硬而脆,力学性能差,加工性能差,这阻碍了其应用。因而在不降低铸铁的耐腐蚀性能基础上,探索提高其力学性能的途径具有十分重要的现实意义。本课题首先研究了硅元素对铸铁材料组织及性能的影响,采用金相显微镜、XRD衍射仪(XRD)以及电子探针分析仪观察其微观形貌并进行物相分析。其次选用硬度试验和抗弯试验,借助洛氏硬度值、抗弯强度和挠度值评估其力学性能好坏。再次采用电化学实验法分析了铸铁在20%H2SO4溶液中的腐蚀行为。同时对比了铸态和退火态样品的组织和性能,研究退火处理对铸铁材料性能的改善作用。综合力学性能和耐蚀性能优选出最佳的硅含量。基于优选出的较好的Si含量,进一步通过添加铜元素研究铜含量对铸铁组织及性能的影响,考察其微观组织、力学性能、耐蚀性能等,最终选出综合性能最优的Fe-Si-Cu成分。对五种硅含量不同的合金分别进行金相分析、力学性能分析和耐腐蚀性能分析,发现：随着硅含量的增加,合金耐腐蚀性能提高,但硅含量大于17.44%时,增加硅含量不能使耐蚀性能进一步提高,因而为保证铸铁良好的耐蚀性能,Si含量设计应大于12.26wt%且低于17.44wt.%；随着硅含量的增加,合金的硬度值提高,尤其是当Si≥17.44%时,硬度值急剧上升,脆性大大增加,抗弯强度及挠度降低；综合考虑耐蚀性能和力学性能,认为Si含量为12.26%-15.55%时综合性能较为优异。对四种Cu添加量不同的合金分别进行金相分析、力学性能分析和耐腐蚀性能分析,发现：向高硅耐蚀铸铁中添加铜元素,可以起到改变石墨的形态和分布的作用,使晶间石墨的形态由散乱分布趋向于均匀分布；铜元素的添加能够使高硅耐蚀铸铁的力学性能得到改善,即抗弯强度和挠度提高、硬度降低。退火热处理对改善力学性能作用不大。铜元素的添加可以显著提高高硅耐蚀铸铁的耐腐蚀性能。综合考虑力学性能与耐蚀性能,认为成分B(14.7%Si和4.62%Cu)和成分C(15.5%Si和4.2%Cu)合金的综合性能更为优异,研究结果为高硅耐蚀铸铁的生产实践提供参考。
【关键词】：高硅铸铁 耐蚀性能 力学性能 铜
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG143.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 金属材料的腐蚀9-13
• 1.1.1 腐蚀的危害9-10
• 1.1.2 腐蚀科学的发展10
• 1.1.3 腐蚀的分类10-12
• 1.1.4 腐蚀的本质及特点12-13
• 1.2 提高合金耐蚀性的途径13-15
• 1.2.1 提高合金热力学稳定性13
• 1.2.2 降低合金的阴极活性13-14
• 1.2.3 降低合金的阳极活性14
• 1.2.4 使合金表面形成较为完整的腐蚀产物保护层14-15
• 1.3 耐腐蚀金属材料15-17
• 1.3.1 铝基耐蚀合金15
• 1.3.2 镍基耐蚀合金15-16
• 1.3.3 钛基耐蚀合金16
• 1.3.4 不锈钢16-17
• 1.3.5 耐蚀铸铁17
• 1.4 高硅耐蚀铸铁国内外研究现状17-21
• 1.5 本课题研究目的及方法21-22
• 1.5.1 研究目的21
• 1.5.2 研究方法21-22
• 2 试验方法与装置22-27
• 2.1 试验材料22
• 2.2 试验测试方法22-25
• 2.3 试验样品准备25-27
• 2.3.0 试验样品成分25
• 2.3.1 铸件的制备25-26
• 2.3.2 热处理工艺26-27
• 3 硅元素对高硅铸铁组织与性能的影响27-39
• 3.1 硅元素对高硅铸铁的微观组织的影响27-32
• 3.2 硅元素对高硅铸铁的力学性能的影响32-34
• 3.2.1 硬度测试32-33
• 3.2.2 抗弯实验33-34
• 3.3 硅元素对高硅铸铁的耐蚀性能的影响34-38
• 3.4 小结38-39
• 4 铜元素对高硅铸铁组织与性能影响39-53
• 4.1 铜元素对高硅铸铁的微观组织的影响39-48
• 4.2 铜元素对高硅铸铁的力学性能的影响48-49
• 4.2.1 硬度测试48-49
• 4.2.2 抗弯试验49
• 4.3 铜元素对高硅铸铁的耐蚀性能的影响49-52
• 4.4 小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58

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