铸铁合金的石墨形态表征及控制研究

发布时间：2017-08-30 05:13

  本文关键词：铸铁合金的石墨形态表征及控制研究

  更多相关文章： 蠕墨铸铁 蠕化衰退 力学性能 显微组织

【摘要】：蠕墨铸铁具有优良的强塑性、耐热疲劳性能和导热性,作为一种重要的工程材料广泛应用于国防和民用工业中。随着汽车、发动机、涡轮叶片等工程装备技术的快速发展及高可靠性需求的提升,诸如发动机缸盖铸铁热端部件的工作温度愈来愈高,这些部件对蠕化率有很高的要求(在80%以上)以便将热量快速导出,避免材料长期处于高温环境影响部件正常工作和使用寿命。而在蠕墨铸铁工业化生产中,由于蠕化率不易控制导致大量产品不合格,严重影响厂家的信誉和材料的浪费。因此,在蠕墨铸铁浇注前,建立一种预测铁液蠕化率,并对不满足蠕化率的铁液进行二次蠕化处理,以便达到理想蠕化率铸件的新工艺,对现实生产和理论研究具有深刻的意义。本论文针对当前蠕墨铸铁制备过程中的蠕化率差、蠕化不均匀、石墨形态不易控制的缺点。利用热分析技术分析了灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的特征值规律,建立一种在线预测铸铁种类的新方法和蠕化率与热分析曲线特征值之间的数学模型并加以验证。研究了蠕化衰退时间对蠕化率、石墨长径比及硬度的影响规律和蠕墨铸铁的二次蠕化调控技术,以便对蠕墨铸铁生产过程进行在线调控。系统研究了所制备的蠕墨铸铁的石墨形态与力学性能的内在规律。取得的主要研究结果如下：(1)根据热分析曲线特征值可以很好区别出灰铸铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁。当凝固曲线中初晶温度与共晶温度之差接近和超过20℃,生产出灰铸铁：当再辉温度小于5℃时,生产出球墨铸铁。研究中还发现蠕墨铸铁的蠕化率与共晶最低温度和再辉温度线性相关,理论模型为：经过试验验证和企业生产实践检验证明该理论模型可以在线预测蠕墨铸铁的蠕化率,误差在10%以内。(2)蠕化衰退对基体石墨产生一定的影响。研究发现,随着衰退时间的延长,球状石墨数量逐渐减少,蠕虫状石墨逐渐增多。当时间超过300s后,出现层片状石墨,蠕化迅速衰退。基体组织中珠光体含量则随衰退时间的延长呈现下降的趋势,同时硬度降低。(3)二次蠕化调控可以显著改善石墨形态,阻滞蠕化衰退。当一次蠕化剂加入量为0.22%,二次蠕化剂加入量为0.05%～0.20%时,蠕化率先增加后降低,石墨的长径比逐渐减小。当二次蠕化剂加入量为0.10%时,蠕化率较高,达到93.7%,石墨长径比减少到7.5：然而,当一次蠕化剂加入量过大(0.30%)时,再进行二次蠕化结果正好相反。当一次蠕化剂加入量为0.30%,二次蠕化剂量由0.05%～0.20%时,蠕化率逐渐降低,球状石墨迅速增多,石墨的长径比反而逐渐增加,由8.31增至10.45。(4)镁-稀土蠕化剂加入量对蠕墨铸铁的蠕化率和石墨长径比、分布均匀性与形状系数有显著的影响。当镁-稀土蠕化剂加入量由0.22%增加至0.55%时,蠕墨铸铁蠕化率由97.76%逐渐降低至55.21%；石墨的分布率由83.5%急剧降至32%,几乎呈一次线性关系降低；石墨长径比由8.56降至4.61；当镁-稀土蠕化剂加入量由0.22%增加至0.32%时,石墨形状系数由17.23减小至10.80。继续增加蠕化剂量至0.50%,石墨形状系数缓慢减小至9.11。当蠕化剂加入量至0.55%时,石墨形状系数由急剧减小至1.94。(5)蠕墨铸铁石墨形态与力学性能密切相关。随着蠕化率的提高,抗拉强度和延伸率均先增大后降低,当蠕化率为82%时,抗拉强度和延伸率达到最大(365MPa和3.6%)；随着石墨的分布均匀性的提高,合金的抗拉强度先增大后降低,当石墨的分布率为54%时,抗拉强度和延伸率达到最大(360MPa和3.3%)；随着石墨的长径比的提高,合金的抗拉强度逐渐降低,当石墨的长径比为6.65时,抗拉强度和延伸率达到最大(365MPa和3.6%)；随着石墨形状系数的提高,蠕墨铸铁合金的抗拉强度和延伸率逐渐降低,当形状系数为1.94时,抗拉强度和延伸率达到最大(467.5MPa和7.2%)。
【关键词】：蠕墨铸铁 蠕化衰退 力学性能 显微组织
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG143
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 铸铁合金的分类、组织性能10-11
• 1.3 蠕墨铸铁制备技术11-13
• 1.3.1 蠕墨铸铁的孕育工艺11-12
• 1.3.2 蠕墨铸铁的蠕化工艺12-13
• 1.4 国内外蠕墨铸铁蠕化率控制13-17
• 1.4.1 热分析技术在铸铁中的应用13-14
• 1.4.2 蠕墨铸铁蠕化衰退和调控14-15
• 1.4.3 蠕墨铸铁国内外研究现状15-16
• 1.4.4 蠕墨铸铁研究中存在的问题16-17
• 1.5 本文的研究目的及主要研究内容17-19
• 2 实验材料与方法19-25
• 2.1 试验材料及化学试剂19
• 2.2 试验设备19-20
• 2.3 试验材料制备20-21
• 2.3.1 试样前期处理20
• 2.3.2 材料配制及蠕化剂选择20
• 2.3.3 熔炼处理20-21
• 2.3.4 试样后期处理21
• 2.4 石墨铸铁热分析曲线及特征值21-22
• 2.5 铸铁合金的显微组织及石墨形态22-23
• 2.5.1 铸铁合金的组织结构测试22
• 2.5.2 铸铁合金石墨蠕化率测试22
• 2.5.3 铸铁合金石墨分布率测试22-23
• 2.5.4 铸铁合金石墨长径比测试23
• 2.5.5 铸铁合金石墨形状系数测试23
• 2.6 铸铁合金的力学性能测试23-25
• 2.6.1 铸铁合金拉伸性能测试23-24
• 2.6.2 铸铁合金硬度测试24-25
• 3 铸铁合金热分析曲线分析25-32
• 3.1 引言25
• 3.2 灰铸铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁热分析曲线研究25-27
• 3.3 热分析特征参数对蠕墨铸铁蠕化率影响27-30
• 3.3.1 热分析特征参数对蠕化率的主次关系27-28
• 3.3.2 共晶最低温度、再辉温度对蠕化率的影响28-29
• 3.3.3 蠕墨铸铁蠕化率误差分析29-30
• 3.3.3.1 研究方法与范围29
• 3.3.3.2 数学模型的验证29-30
• 3.4 本章小结30-32
• 4 蠕墨铸铁蠕化衰退和二次蠕化处理32-41
• 4.1 引言32
• 4.2 蠕墨铸铁蠕化衰退32-36
• 4.2.1 蠕墨铸铁衰退时间对显微组织的影响33-35
• 4.2.2 蠕墨铸铁衰退时间对力学性能的影响35-36
• 4.3 蠕墨铸铁二次蠕化处理36-40
• 4.4 本章小结40-41
• 5 蠕化剂量对石墨形态的影响41-54
• 5.1 引言41
• 5.2 蠕化剂加入量对铸铁石墨形态的影响41-49
• 5.2.1 蠕化剂加入量对铸铁蠕化率的影响41-43
• 5.2.2 蠕化剂加入量对铸铁石墨分布性的影响43-45
• 5.2.3 蠕化剂加入量对铸铁石墨长径比的影响45-46
• 5.2.4 蠕化剂加入量对铸铁石墨形状系数的影响46-49
• 5.3 蠕化剂加入量对铸铁性能的影响49-52
• 5.4 本章小结52-54
• 6 结论54-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 致谢62-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 楼恩贤;方纲;鲍洪法;刘金海;;石墨形状对铸铁硬度的影响[J];北京农业机械化学院学报;1984年01期

2 郝保红;杨淼;;铸铁石墨形态对强度的影响新探[J];北京石油化工学院学报;2008年01期

3 李华基;洪观镇;胡慧芳;;钒钛蠕墨铸铁的特点及其应用前景[J];热加工工艺;2010年19期

4 杨华;赵岩;侯晓霞;;二次孕育对球墨铸铁组织的影响[J];热加工工艺;2011年01期

5 张馨心;张国伟;徐宏;;蠕墨铸铁组织性能均匀性研究[J];热加工工艺;2014年13期

6 易力涛;刘金海;李国禄;刘长起;李寅国;杨兆禹;王磊;;衰退对蠕墨铸铁热分析曲线特征的影响[J];现代铸铁;2011年05期

7 晋芳伟;灰铸铁中石墨分布形态对性能的影响[J];云南农业大学学报;2000年02期

8 杜晓明;朱丽娟;;金属型-砂型铸造铜冷却壁的有限元模拟及凝固曲线分析[J];铸造技术;2008年11期

9 廖琳;朱定一;杨泽斌;;Fe-C-Si合金凝固过程中石墨的球化机理研究[J];铸造;2009年07期

10 范金辉;陈锋;朱世根;华勤;周技;朱彦方;;球墨铸铁球化率的热分析研究[J];铸造;2013年01期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 周继扬;;蠕墨铸铁在欧洲的诞生与发展[A];2012年全国蠕墨铸铁研讨会暨机床铸铁件技术交流会议论文集[C];2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 吕烨哲;锡对蠕墨铸铁组织及性能的影响[D];郑州大学;2013年

，

本文编号：757433