高强度高伸长率球墨铸铁材质（QT700-10）研究

发布时间：2017-04-24 17:28

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【摘要】：本课题为高强度高伸长率球墨铸铁材质的开发及相关基础性研究,主要目标是在铸态条件下稳定实现QT700-10,并涉及到球化孕育机理评述、球化孕育之间的内在联系探讨、原始奥氏体形貌特性分析等内容。借鉴高硅固溶强化铁素体的技术方案,本文在传统成分基础上适当提高Si/C比,走固溶强化铁素体、细化珠光体精细复合的路线,通过成分优化及工艺改进,最终实现QT700-10。首先进行组织分析,可同时满足高强度、高伸长率要求的球铁材质应有如下特性：细小圆整的石墨球、强壮的奥氏体骨架以及适宜含量且足够强化的铁素体。其后进行方案设计：全废钢增碳的方式合成球墨铸铁以及适当提高Si/C比均有利于获得强壮的奥氏体骨架并充分发挥其承载作用；通过对熔炼工艺、球化孕育处理过程等加以优化和稳定可保证良好的球化孕育效果,得到细小圆整石墨球的同时,因为共晶团的细化还可减弱元素的偏析影响；基体组织的控制难点在于既要保证铁素体有一定的量又要保证其得到足够的强化,因此选择均对铁素体有固溶作用的Si、Mn、Cu为主要合金元素,其中Si起主要的固溶强化作用,Mn、Cu辅助固溶的同时保证足够的珠光体强化,调整三者的配比可得到理想的铁素体、珠光体比例。通过上面的工作,得到成功实现QT700-10的具体方案,其后还应对其进行多次重复以校验方案的稳定性和复现性。结果显示：在以75%的增碳剂吸收率为指标的熔炼工艺下,利用1.7%的球化剂配合1%的75硅铁的一次孕育以及0.2%的Sr硅铁的随流孕育作用,可保证良好的球化孕育效果；将成分控制在C3.2%、Si 3.2%、Mn0.8%、Cu 0.4～0.5%,可在铸态下稳定实现QT700-10；上述技术方案有很好的复现性,最终的基体组织为40%左右的固溶强化铁素体配合细层片珠光体,球化率维持在90%左右。试验发现：球化过程有激化孕育衰退的一面,球化剂用量越多,孕育衰退越严重；仅仅改变球化剂的用量,难以将石墨由团絮状优化为球团状,进行随流孕育,方可带来球化孕育效果尤其是抗衰退特性的显著增强；Sr硅铁的孕育作用强于75硅铁,原因应在于Sr的活性强于Mg,因此球化剂用量稍过以及稍有不足时均可保证六方型硅酸盐相(SrOSiO2)的顺利形成。本文认为：球化过程和孕育过程密不可分,二者共同调节熔体中O的含量及其存在形式进而影响石墨的球化孕育特性。在保证石墨球状生长方面,球化元素承担主要的脱氧作用,净化铁液但又应避免脱氧过度；孕育元素具备一定的辅助脱氧能力,但主要通过促进石墨形核、细化石墨来保证石墨的球形。球化孕育相配合使熔体含氧量维持在适宜状态,球化过程保证既不形成蠕虫状石墨又不形成过球化石墨,孕育过程则保证石墨呈球团状而非团絮状。熔炼过程对球化孕育的影响主要在于其影响熔体中的O含量。另外,本文给出一种保持并显示原始奥氏体晶粒特性的方法,并可确定有较大尺度的奥氏体晶粒(枝晶)的存在。
【关键词】：高强度高伸长率 铸态球墨铸铁 原始奥氏体 球化孕育效果优化 QT700-10
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG143.5
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 选题背景及意义14-16
• 1.2 球墨铸铁基础理论及其新发展16-27
• 1.2.1 球化机理评述16-22
• 1.2.2 孕育机理探讨22-24
• 1.2.3 凝固过程及凝固模型的研究进展24-27
• 1.3 铸态高强韧球墨铸铁研究进展27-29
• 1.4 废钢增碳合成球墨铸铁29-31
• 1.5 研究目标及内容31-32
• 第二章 试验材料及研究方法32-39
• 2.1 引言32
• 2.2 组织分析及方案设计32-33
• 2.3 试验材料及基本成分的选择33-35
• 2.3.1 原材料的选择及处理33-34
• 2.3.2 基本化学成分的确定34-35
• 2.4 球墨铸铁的熔炼及试样制备35-36
• 2.4.1 试验过程35
• 2.4.2 试样制备及取样35-36
• 2.5 组织性能的分析测试方法36-39
• 2.5.1 成分测定36
• 2.5.2 金相观察36-37
• 2.5.3 原始奥氏体形貌特性分析37
• 2.5.4 球化率的定量计算37-38
• 2.5.5 力学性能测试38-39
• 第三章 球化孕育效果的优化及其内在联系39-58
• 3.1 引言39-40
• 3.2 球化、孕育效果的优化40-53
• 3.2.1 球化剂用量对石墨特性的影响41-46
• 3.2.2 随流孕育的必要性46-51
• 3.2.3 孕育过程对石墨圆整度的影响51-53
• 3.3 球化孕育之间的内在联系53-55
• 3.4 熔炼工艺对球化、孕育效果的影响55-56
• 3.5 小结56-58
• 第四章 铸态下实现QT700-10的方法58-78
• 4.1 引言58
• 4.2 研究思路及突破口58-61
• 4.3 Si/C比及Cu量的调整61-67
• 4.4 原始奥氏体特性分析67-71
• 4.5 复现性及可靠性考察71-77
• 4.5.1 微观组织的均匀性71-74
• 4.5.2 组织、性能的复现能力74-75
• 4.5.3 对冲击韧性的认识75-77
• 4.6 小结77-78
• 第五章 结论78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 附录85-86
• 附件86

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本文编号：324612