热处理对奥氏体球铁组织和性能的影响及增压器壳体的研制

发布时间：2017-11-07 18:39

  本文关键词：热处理对奥氏体球铁组织和性能的影响及增压器壳体的研制

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【摘要】：涡轮增压器可提高发动机功率,减少汽车尾气排放,在节能减排方面发挥巨大的作用。涡轮增压器壳体在汽车停车和启动过程中,不断地经历降温、升温的交替变换过程,工况条非常恶劣,因此对材料的性能有较高要求。高镍奥氏体球墨铸铁由于其良好的高温性能,成为目前涡轮增压器壳体生产广泛使用的材料。本论文通过正交试验研究了高镍奥氏体球铁的热处理工艺,利用金相组织观察、扫描电镜及能谱分析、X射线衍射分析等手段,研究了热处理对高镍奥氏体球铁组织、力学性能、热疲劳、高温抗氧化及耐腐蚀性能的影响,并开发了高镍奥氏体球铁涡轮增压器壳体的生产工艺。研究结论如下：正交试验制定的热处理工艺为：1040℃保温3h后,出炉空冷。各工艺参数对碳化物体积分数的影响大小程度依次为冷却方式、加热温度、保温时间。高镍奥氏体球铁组织为奥氏体+球状石墨+碳化物。铸态组织中碳化物数量较大,形貌为不规则骨架状,大小不均均；热处理后碳化物形貌为孤岛状,形状规则,分布均匀,数量明显减少。高镍奥氏体球铁经热处理,抗拉强度由488MPa下降为442MPa,硬度由158.8HBW下降为144.2HBW,伸长率由20.6%上升为25.2%。热处理后组织中碳化物呈孤岛状分布于晶间,可强化晶界,有效阻碍高温时位错的移动,阻止了裂纹的产生和扩展,改善了高镍奥氏体球铁的热疲劳性能。以850℃、900℃、950℃为循环上限温度进行200次热疲劳循环,铸态试样裂纹长度分别为4.51mm、6.02mm、7.11mm;热处理态试样的裂纹长度分别为4.05mm、5.56mm、6.43mm。热处理对高镍奥氏体球铁的高温抗氧化性能没有影响,经900℃高温氧化150h后,铸态和热处理态试样的表面均形成由Fe2O3、Cr2O3、NiCr2O4、FeCr2O4等构成的致密氧化膜,能够有效阻止内部组织继续氧化,具有良好的抗氧化性能,铸态试样和热处理态试样的单位面积氧化增重无明显差别,氧化等级均达到抗氧化级别。经热处理后,高镍奥氏体球铁的腐蚀电位由-0.389V上升为-0.382V；腐蚀电流密度由1.561×10-6A/cm2下降为8.238x10-7A/cm2,耐腐蚀性能显著提高。涡轮增压器壳体的生产工艺为：采用铁型覆砂造型工艺,设计活块冷铁对孤立热节进行激冷;采用盖包法球化工艺,包底+随流复合孕育工艺；采用大流量、高温快浇工艺,首箱浇注温度≤1560℃,末箱浇注温度≥1470℃；热处理工艺为1040℃保温3h后出炉空冷。本论文研制的涡轮增压器壳体基体组织为奥氏体和少量碳化物,石墨球化等级为1～2级,球化率≥90%,石墨大小等级为6-7级,孔隙率≤1%；抗拉强度为421MPa,伸长率为20.5%,硬度为146HBW,各项组织及性能指标均满足涡轮增压器壳体要求。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.135;TG164.2

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本文编号：1153660