振动消失模铸造铸铁合金的组织及性能特征

发布时间：2016-08-19 21:18

  本文关键词：振动消失模铸造铸铁合金的组织及性能特征，由笔耕文化传播整理发布。

《华中科技大学》 2013年

振动消失模铸造铸铁合金的组织及性能特征

肖伯涛  

【摘要】：消失模铸造(Lost Foam Casting,简称LFC)具有许多优点,铸件的尺寸精度高、表面质量好,采用无粘结剂干散砂粒振动紧实,工艺过程简化,可实现绿色清洁生产等,被誉为“21世纪的铸造技术”及“铸造中的绿色工程”。但由于干砂的冷却速度较慢,致使消失模铸件的晶粒组织偏粗大、性能偏低的问题一直没有得到较好的解决,寻求解决消失模铸件的晶粒组织偏粗大、性能偏低问题的方法,以提高消失模铸件的性能质量一直是消失模铸造技术研究的热点问题。本课题以最广泛采用的铸铁合金消失模铸造为研究对象,以提高铸铁合金消失模铸件的性能质量为目的,将振动凝固与消失模铸造有机地结合起来,较系统地研究了振动作用下典型铸铁合金的消失模铸造组织与性能变化特征,探讨其作用及影响机制,具有较大的理论与实际意义。 (1)较系统地研究了振动频率、振幅、球化剂加入量、处理温度等参数对消失模铸造球墨铸铁组织及其性能的影响。首次发现振动凝固能使消失模铸造球墨铸铁珠光体组织中的部分碳化物由片状转变为粒状,还能提高消失模铸造球墨铸铁的凝固过冷度。 当振幅为3mm,振动频率由0Hz增大到35Hz时,珠光体片间距减小,且部分珠光体中的碳化物发生粒化,使球墨铸铁的力学性能较高。继续增大振动频率至50Hz以上,球墨铸铁中仍有部分珠光体中的碳化物发生了粒化,但珠光体片间距增大,且单位面积内石墨球的个数增多,使球墨铸铁的力学性能降低。 当振动频率为35Hz时,增大振幅,振动场对球墨铸铁金属熔体的作用力增大。在振幅为4mm、振动频率为35Hz条件下获得的球墨铸铁中石墨球形态较好,珠光体片间距较小,球墨铸铁的抗拉强度、延伸率较大,分别达674.65MPa、11.43%。与未施加振动的球墨铸铁相比,抗拉强度和延伸率分别提高了16.76%、74.24%。 减少球化剂的加入量,铸铁合金的石墨形态由球状向蠕虫状转变。提高铁液的处理温度,增大了球墨铸铁的白口倾向,减少了单位面积内的石墨球个数,降低了球墨铸铁的球化率。 (2)首次研究了振动频率和振幅对消失模铸造灰铸铁组织及其性能的影响,确定了较佳的振动凝固工艺参数,建立了振动消失模铸造灰铸铁枝晶破碎的力学模型。 当振幅为3mm,振动频率由0Hz增大到35Hz时,片状石墨长度减小,初生奥氏体枝晶臂明显发生碎断,初生奥氏体的晶粒尺寸减小,使消失模铸造灰铸铁的力学性能得以改善。进一步增大振动频率至50Hz以上时,片状石墨的长度以及奥氏体的晶粒尺寸增大,使得灰铸铁的力学性能降低。 在振动频率为35Hz的条件下,研究了振幅对消失模铸造灰铸铁组织及其性能的影响。当振幅由0.75mm增大至2mm时,由于片状石墨长度减小,奥氏体枝晶臂较粗且分布均匀,形成有效的网络骨架,使得灰铸铁的抗拉强度增大,其数值为247.51MPa。与未施加振动的试样相比,增加了26.25%。进一步增大振幅至3mm以上虽然片状石墨长度减小,但因奥氏体枝晶臂变细、分布不均,奥氏体网络骨架因振动过大而被破坏,故使灰铸铁的性能有降低趋势。 根据材料力学和流体力学原理建立了振动消失模铸造灰铸铁的枝晶破碎的力学模型。模型表明,振动频率、振幅越大,灰铸铁所受的弯曲应力的合力越大,奥氏体枝晶的破碎越容易,使得奥氏体晶粒尺寸越小 (3)初步研究了振动频率、处理温度以及试样壁厚对消失模铸造蠕墨铸铁石墨形态的影响,从理论上分析了采用振动凝固方法调控铸铁石墨形态的可行性。 采用振动凝固和较高的铁液处理温度均能使消失模铸造蠕墨铸铁的石墨形态由蠕虫状向蠕虫状雏晶或片状转变,降低蠕墨铸铁的硬度值。当试样壁厚减小时,由于凝固速度加快,使得蠕虫状石墨含量减少,球状石墨含量增多。 从热力学和动力学原理角度分析了振动凝固调控铸铁石墨形态的可行性。将适当的振动凝固与消失模铸造工艺参数相结合,能够适当调控铸铁合金消失模铸造铸铁合金的石墨形态。 (4)初步研究了振动凝固、试样壁厚对消失模铸造白口铸铁组织及性能的影响。振动凝固能够细化白口铸铁中初生奥氏体的晶粒尺寸、增加初生奥氏体的含量,减少莱氏体的含量,使白口铸铁的基体硬度降低。增加试样壁厚,初生奥氏体的晶粒尺寸增大、其含量减少,莱氏体含量增多,提高了白口铸铁的基体硬度。

【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG249.6
【目录】：

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