纳米金属添加剂对灰铸铁组织性能的影响

发布时间：2017-09-21 03:27

  本文关键词：纳米金属添加剂对灰铸铁组织性能的影响

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【摘要】：灰铸铁(gray cast iron)因其良好的铸造成型性能、强有力的价格优势、优良的耐腐蚀、耐磨损、高硬度等特性,得到了机械行业及相关厂家的广泛青睐。而合金元素的加入能使其性能得到进一步的提高,使得合金灰铸铁在发动机缸体、缸盖以及机床等有特殊要求的地方更能发挥其性能上的优势。然而近年来,随着社会和生产对灰铸铁要求不断增加,现在我们使用的灰铸铁已逐渐不能满足需要,因此,如何进一步提高灰铸铁的性能,使其在今后的生产实践中满足实际的应用需求,充分发挥其优势已成为现在亟需研究和探讨的课题。而添加了纳米金属添加剂的材料在综合性能方面普遍得到了提升,具有硬度高、耐磨性能好、抗拉强度高、加工性能好、耗能少等优点,作为一种近年来新兴的高性能合金类材料,具有极为广阔的发展前景和应用范围。本文探讨了不同种类、不同含量的纳米金属添加剂在不同的试验条件下,对国标HT250,合金HT250显微组织、力学性能、耐磨性能及耐热性能的影响,通过观察添加了不同纳米金属添加剂的HT250试样的微观组织,对其进行了力学性能测定、耐磨性能测定、耐热疲劳性能测定,并与未添加纳米金属添加剂的原始HT250材料进行组织性能的对比,初步探究了经过纳米金属添加剂改善之后的HT250试样的强韧化机理。试验结果显示,在铸造过程中,添加了纳米金属添加剂的HT250试样,其综合性能得到了有效的提升。对于国标HT250材料,当在其中分别加入7种不同种类的纳米金属添加剂,所有添加了纳米金属添加剂的试样组织性能均得到了改善。微观组织方面,石墨组织均为分布均匀的A型石墨,尺寸短小且端部呈钝片状;珠光体的含量得到了提升,组织致密,片间距减小;力学性能方面,硬度均略有提高,而抗拉强度最高提高21.4%,耐磨性最高提高了46.7%。对于铬铜合金HT250材料,当在其中分别加入4中不同种类的纳米金属添加剂,所有添加了纳米金属添加剂的试样的组织性能几乎全部优于未添加粉体的试样的,微观组织方面,其石墨组织细小均匀,珠光体组织致密,共晶团数量增多。力学性能方面,抗拉强度最高提高了20.8%,耐磨性能最高可提升58.3%。对于含铌HT250材料,其本身的综合性能较为优良,当在其中加入纳米金属添加剂之后,其组织形貌、综合性能又得到了进一步的优化。其中,通过将纳米金属添加剂直接置于铁水包内得到的试样耐磨性最高增加了27.1%,而通过炉内添加方式所得到的试样耐磨性最高增加了60.8%。纳米金属添加剂对国标HT250材料组织性能的提升有促进作用,但是静置时间不同,纳米金属添加剂对国标HT250材料的改善效果也各不相同。当静置时间在6min时,获得的试样无论是组织形貌、力学性能、耐磨性、耐热性均好于其他静置时间的,其抗拉性能最高可增长12.5%,耐磨性最高可提升62.5%、耐热性最高可提升66.7%。从性能提升率来看,通过炉内添加纳米金属添加剂所获得的试样在综合性能上高于直接将纳米金属添加剂置于铁水包内的。
【关键词】：HT250 综合性能 纳米金属添加剂
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG143.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 灰铸铁的发展和应用13-15
• 1.3 灰铸铁的显微组织15-17
• 1.3.1 石墨形态15-17
• 1.3.2 基体组织17
• 1.4 灰铸铁性能研究现状17-19
• 1.4.1 灰铸铁耐磨性研究17-18
• 1.4.2 灰铸铁耐热性研究18-19
• 1.5 灰铸铁性能的影响因素19-22
• 1.5.1 合金化19-21
• 1.5.2 孕育作用21-22
• 1.6 纳米技术的研究22-24
• 1.6.1 研究现状22-23
• 1.6.2 纳米金属添加剂的特点及应用23-24
• 1.7 本文主要研究内容24-25
• 第二章 试验材料及方法25-31
• 2.1 试验材料25
• 2.1.1 国标HT250化学成分及性能25
• 2.1.2 制备过程25
• 2.2 灰铸铁试样的组织观察25-26
• 2.2.1 石墨25
• 2.2.2 基体组织25-26
• 2.2.3 共晶团26
• 2.2.4 拉伸断.扫描26
• 2.2.5 磨损形貌26
• 2.3 性能测定26-30
• 2.3.1 抗拉强度测定26-27
• 2.3.2 硬度测定27
• 2.3.3 耐磨性能测定27-28
• 2.3.4 耐热疲劳性能测定28-30
• 2.4 试验流程30-31
• 第三章 纳米金属添加剂对国标HT250组织性能影响31-41
• 3.1 试验条件31
• 3.2 纳米金属添加剂对国标HT250组织影响31-35
• 3.2.1 纳米金属添加剂对国标HT250石墨组织的影响31-33
• 3.2.2 纳米金属添加剂对国标HT250基体组织的影响33-35
• 3.3 纳米金属添加剂对国标HT250力学性能的影响35-37
• 3.3.1 纳米金属添加剂对国标HT250抗拉强度的影响35-36
• 3.3.2 纳米金属添加剂对国标HT250硬度的影响36-37
• 3.4 纳米金属添加剂对国标HT250耐磨性能影响37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 纳米金属添加剂对合金HT250组织性能影响41-56
• 4.1 试验条件41
• 4.2 纳米金属添加剂对铬铜HT250（K组）组织性能影响41-49
• 4.2.1 纳米金属添加剂对铬铜HT250石墨组织影响41-42
• 4.2.2 纳米金属添加剂对铬铜HT250基体组织影响42-43
• 4.2.3 纳米金属添加剂对铬铜HT250共晶团影响43-45
• 4.2.4 纳米金属添加剂对铬铜HT250抗拉强度影响45
• 4.2.5 纳米金属添加剂对铬铜HT250硬度影响45-46
• 4.2.6 纳米金属添加剂对铬铜HT250耐磨性能影响46-47
• 4.2.7 铬铜HT250表面磨损形貌47-49
• 4.3 纳米金属添加剂对含铌HT250（J组）组织性能影响49-55
• 4.3.1 纳米金属添加剂对含铌HT250石墨组织影响49-50
• 4.3.2 纳米金属添加剂对含铌HT250基体组织影响50
• 4.3.3 纳米金属添加剂对含铌HT250共晶团影响50-51
• 4.3.4 纳米金属添加剂对含铌HT250抗拉强度影响51-52
• 4.3.5 纳米金属添加剂对含铌HT250硬度影响52
• 4.3.6 纳米金属添加剂对含铌HT250耐磨性能影响52-53
• 4.3.7 含铌HT250表面磨损形貌53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 纳米金属添加剂静置时间对HT250组织性能影响56-68
• 5.1 试验条件56
• 5.2 纳米金属添加剂静置时间对HT250组织影响56-64
• 5.2.1 纳米金属添加剂静置时间对HT250石墨组织影响56-59
• 5.2.2 纳米金属添加剂静置时间对HT250基体组织影响59-61
• 5.2.3 纳米金属添加剂静置时间对HT250共晶团影响61-64
• 5.3 纳米金属添加剂静置时间对HT250力学性能影响64-65
• 5.3.1 纳米金属添加剂静置时间对HT250抗拉强度影响64
• 5.3.2 纳米金属添加剂静置时间对HT250硬度影响64-65
• 5.4 纳米金属添加剂静置时间对HT250耐磨性能影响65-66
• 5.5 纳米金属添加剂静置时间对灰铸铁耐热疲劳性能影响66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 纳米金属添加剂对灰铸铁组织性能影响机理分析68-74
• 6.1 纳米金属添加剂对灰铸铁组织影响的机理讨论68-69
• 6.2 纳米金属添加剂对灰铸铁性能影响的机理讨论69-71
• 6.3 纳米金属添加剂对灰铸铁耐磨性能影响的机理讨论71-74
• 第七章 结论74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士期间发表的学术论文79-80
• 致谢80-81

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