超声波处理对高硅球墨铸铁组织及性能影响的研究

发布时间：2020-10-20 13:59

　　 高硅球墨铸铁是通过提高硅含量进行固溶强化而得到的一种新型工程材料。固溶强化就是通过溶入某种溶质元素来形成固溶体从而达到强化材料的目的。高硅球墨铸铁具有优良的力学性能,相对普通球墨铸铁,高硅球墨铸铁具有高抗拉强度、高塑性,同时也具有较高的屈服强度和韧性,机加工性能优良,并且高硅球墨铸铁也具有良好的耐高温、耐腐蚀的特性,目前在国内外的应用范围越来越广。超声波是一种频率高于20KHz的声波,其频率高、功率大,其能量比一般声波大很多。超声波细晶技术虽然起步较晚,但是很快成为了细晶技术领域的新亮点,相比较传统的添加形核剂技术和温度控制处理技术,超声波细晶这样的物理场外加技术不但可以避免环境和材料本身的污染,还可以实现清洁化,可持续发展,并且可以充分挖掘材料的利用价值。本文把超声波细晶技术引入到高硅球墨铸铁毛坯件的制备中,利用超声波处理高硅球墨铸铁熔体来研究探索在组织与性能方面的改变,并对超声波作用机理进行了研究分析。本课题把超声波引入到高硅球铁熔体的凝固过程中,通过实验研究了超声波对高硅球墨铸铁的影响。实验过程中,通过控制超声波处理时间和功率两个变量来完成,其他条件保持一致性。设定的超声波处理时间为10S、20S、30S,超声波功率为100W、200W、300W,进行自由组合两两交叉实验,并且包括一组未处理实验,一共10组实验。通过实验获取了有关指标数据,并利用两个因素三个水平进行正交实验分析,同时根据实验结果对金相组织进行了分析,并通过对高硅球墨铸铁的力学性能测试,包括硬度、冲击韧性、抗拉强度、伸长率等方面的性能测试,来获取实验数据分析其规律,并且分析高硅球墨铸铁的性能改变机理。超声波处理能明显细化高硅球铁铸态组织中的石墨球,石墨球更加细小、圆整,分布更加均匀,当超声波功率为200W,处理时间为30S时,细化效果最好,石墨球球化率达到93%,球径级别为7级;超声波处理能明显细化高硅球铁基体组织,铁素体组织更加细小、致密,分布更加均匀。高硅球铁组织的细化主要因为超声波的空化声流效应增大了过冷度提高了形核率,从而得到良好的组织。经超声波处理后的高硅球铁力学性能得到提高,抗拉强度相对未处理时增大了59MPa,伸长率提高了5.9%,冲击韧性得到提高,增幅为27.7%,主要因为超声波处理后硅元素固溶更加充分,强化铁素体,铁素体组织更加均匀,石墨球得到细化,数量增多,分布更加均匀,强度、塑性提高,硬度也有小范围提升,总体波动较小,机加工性能优良。通过实验探索了超声波对高硅球墨铸铁组织性能方面的影响机理,从而更好的优化高硅球墨铸铁的生产过程,进一步提高高硅球铁的性能,同时可以优化高性能高硅球墨铸铁的生产技术。
【学位单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG255;TB559
【部分图文】：

图 1.1 硅含量与其抗拉强度的关系Fig.1.1 Relationship between silicon content and tensile strength图 1.2 硅含量与其伸长率的关系Fig.1.2 Relationship between silicon content and elongation

2图 1.2 硅含量与其伸长率的关系Fig.1.2 Relationship between silicon content and elongation硅球墨铸铁与普通球墨铸铁在性能方面有差异，如表 1.1 所示，因为我墨铸铁牌号相对较少，所以表 1.1 是欧洲球墨铸铁参考标准中的高硅球普通球墨铸铁的性能对比情况，包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、疲劳据对比可看出，在接近载荷恒定的情况下，应优先使用高硅球墨铸铁，的对比来看，相对普通球墨铸铁，EN-GJS-500-14 和 EN-GJS-450-18 两墨铸铁的优势并不十分明显，但是 EN-GJS-600-10 的优势比较明显，明铸铁，所以在变载荷循环条件下，应优先选用 EN-GJS-600-10，同时高长率均较高，由此可知：高硅球墨铸铁与普通球墨铸铁相比，不仅强度

图 1.3 硅含量与其腐蚀速率的关系Fig.1.3 Relationship between silicon content and corrosion rate表 1.2 高硅球墨铸铁与普通球墨铸铁硬度均匀性对比表2 Comparison of hardness uniformity of high silicon nodular cast iron and commocast iron及变化幅度普通铁素体-珠光体球墨铸铁 高硅球墨铸铁QT450-10 QT500-7 QT600-3 EN-GJS-450-18 EN-GJS-500-14 EN 160~210 170~230 190~270 170~200 185~215 度（HB） 50 60 80 30 30 上简单分析了高硅球墨铸铁的性能优势，在本课题中，根据高硅球墨铸识，对高硅球墨铸铁的性能特征进行了以下总结：1）高硅球墨铸铁相比较普通球墨铸铁，具有高抗拉强度，高屈服强度和良特性，同时具有良好的机械加工性能、化学性能。在高温环境下，高
【参考文献】

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本文编号：2848772