玻璃模具用灰铸铁表面超细球墨化处理研究

发布时间：2017-10-06 14:03

  本文关键词：玻璃模具用灰铸铁表面超细球墨化处理研究

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【摘要】：灰铸铁玻璃模具使用工况复杂,内腔需具备高的耐热疲劳性和抗氧化性,主体需具备高的导热性,前者要求石墨细小弥散,最好呈球形,后者要求石墨最好为连续的片状,尚无单一金属可以满足这种矛盾的组织与性能要求。在模具内腔热喷涂或镶铸异种金属实现复合,一定程度上提高了模具使用性能,但仍存在界面应力大、易脱落和工艺复杂等缺点。本文在对比研究国内外玻璃模具基础上,首次提出了激光表面熔凝+石墨化退火的灰铸铁表面超细球墨化处理新方法,并研究优化了激光表面熔凝和石墨化退火工艺,采用OM、SEM和XRD等手段分析了其组织性能。灰铸铁表面超细球墨化处理丰富了玻璃模具表面处理技术,具有重要的应用价值和潜力。研究结果表明：玻璃模具的失效往往从内腔开始,是一种低周疲劳现象,其寿命主要由塑性决定。国内外玻璃模具的组织均为梯度石墨结构,从模具内腔的细小片状D型石墨过渡到外缘的A型片状石墨。铸铁的耐热疲劳寿命与国内外玻璃模具实际上机使用寿命一致,在石墨形态相同时,耐热疲劳性能由基体组织决定,国外灰铸铁基体中铁素体体积分数达到98%,大于国内的90%铁素体含量,塑性好而具有高的低周疲劳寿命。激光表面熔凝+石墨化退火工艺可以实现灰铸铁表面超细球墨化处理,在优化的工艺条件下超细球墨化处理层深度可达2mm、球墨平均直径约为0.66μm、石墨析出的面密度高达105个/mm2。激光表面熔凝后可在铸铁表面获得针状马氏体、片层状渗碳体和残余奥氏体组织,熔凝层深度和宽度决定于激光功率(P)、扫描速度(v)和离焦量(z),优化的工艺参数为P=2000 W、v=15 mm/s、z=18 mm。熔凝层组织的退火转变主要决定于温度,退火过程中非平衡组织转变、成分均匀化和石墨化过程共存,850℃、900℃和950℃等临界温度以上退火4h均可在铁素体基体上获得超细球状石墨,其粒径远低于国标GB/T 9441-2009最细小等级8级球墨,分析认为石墨的球化机制与铸铁的成分、快速熔凝工艺等有关。铸铁表面超细球墨化处理不改变铸铁内部的组织形态,可使铸铁表层的耐热疲劳性能和抗氧化性能提高至普通D型石墨铸铁的2倍以上。
【关键词】：玻璃模具 灰铸铁 激光表面熔凝 球墨化
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TG76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 玻璃模具材料概述10-15
• 1.1.1 玻璃模具使用工况和失效形式10-12
• 1.1.2 玻璃模具用铸铁的分类和研究进展12-15
• 1.2 铸铁激光表面熔凝处理15-18
• 1.2.1 激光表面熔凝处理的定义15-16
• 1.2.2 激光表面熔凝处理的特点16
• 1.2.3 激光表面熔凝工艺16-17
• 1.2.4 铸铁激光表面烙凝处理的研究现状17-18
• 1.3 铸铁的固态石墨化退火18-19
• 1.4 本课题的研究内容和意义19-21
• 2 试验内容及方法21-29
• 2.1 实验材料21
• 2.2 试验设备21-22
• 2.3 课题研究思路22-23
• 2.4 表面超细球墨化处理试验23-26
• 2.4.1 激光表面熔凝试验23-24
• 2.4.2 固态石墨化退火24-26
• 2.5 微观组织观察和分析26-27
• 2.5.1 金相试样制备26
• 2.5.2 微观组织观察及成分分析26-27
• 2.6 力学性能试验27
• 2.6.1 显微硬度试验27
• 2.6.2 抗压强度试验27
• 2.7 热疲劳试验27-28
• 2.8 抗氧化性试验28-29
• 3 国内外玻璃模具用灰铸铁研究及表面超细球墨化处理构想29-41
• 3.1 国内外玻璃模具用灰铸铁组织研究29-33
• 3.1.1 梯度石墨结构29-30
• 3.1.2 基体组织30-33
• 3.2 国内外玻璃模具用灰铸铁性能研究33-36
• 3.2.1 力学性能33-34
• 3.2.2 耐热疲劳性能34-36
• 3.2.3 抗氧化性能36
• 3.3 玻璃模具用灰铸铁表面超细球墨化处理构想36-39
• 3.4 本章小结39-41
• 4 玻璃模具用灰铸铁激光表面熔凝处理研究41-54
• 4.1 激光表面熔凝层显微组织分析41-45
• 4.1.1 熔凝层的典型形貌特征41-42
• 4.1.2 熔凝层的微观组织结构42-44
• 4.1.3 熔凝层的显微硬度44-45
• 4.2 激光参数对玻璃模具用灰铸铁表面熔凝层的影响45-53
• 4.2.1 激光参数对熔凝层尺寸的影响46-47
• 4.2.2 激光参数对熔凝层表面质量的影响47-49
• 4.2.3 激光参数对熔凝层微观组织的影响49-53
• 4.3 本章小结53-54
• 5 玻璃模具用灰铸铁激光表面熔凝层的石墨化退火研究54-68
• 5.1 石墨化退火对熔凝层显微组织的影响54-59
• 5.1.1 低温石墨化退火54-55
• 5.1.2 临界温度范围退火55-56
• 5.1.3 高温石墨化退火56-59
• 5.2 石墨化退火对熔凝层硬度的影响59-60
• 5.3 激光表面熔凝层的球墨化机制60-62
• 5.4 表面球墨化处理层的耐热疲劳性和抗氧化性62-66
• 5.4.1 耐热疲劳性能62-64
• 5.4.2 抗氧化性能64-66
• 5.5 本章小结66-68
• 6 结论68-70
• 7 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77
• 附录77

【参考文献】

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本文编号：983165