铁石墨系金属中形变诱发相变硬化及其对摩擦磨损性能的影响
发布时间：2021-11-08 19:37
本文以铁石墨系金属为研究对象,系统研究了铁石墨系金属中残余奥氏体组织的形变诱发相变行为以及其对摩擦磨损行为的影响。首先在不同温度（230℃、300℃、380℃）下对铁石墨系金属进行等温淬火热处理并获得了具有不同奥氏体含量的铁石墨系金属（S-230、S-300、S-380）。选取残余奥氏体体积分数约为44%的试样在不同应变速率（0.1mm/min、0.5mm/min、1mm/min、5mm/min、10mm/min）和应变量（10.54%、18.17%、25.96%、40.58%）条件下进行室温压缩变形试验,并对变形后的试样进行显微组织观察,研究了铁石墨系金属中高碳过冷奥氏体在室温条件下的应力诱发相变行为。随后,采用销盘式干滑动摩擦试验仪对具有不同残余奥氏体的铁石墨系金属进行摩擦磨损试验,研究了高碳过冷奥氏体含量及在摩擦磨损试验过程中形变诱发相变硬化对摩擦磨损行为的影响。得到如下结论:等温淬火后铁石墨系金属基体由针状纳米铁素体（α相）和高碳过冷奥氏体（γ相）组成,并且高碳奥氏体含量随着等温淬火温度的升高而增多。高碳奥氏体以粗大的块状或细小针状形态存在于铁石墨系金属基体中。铁石墨系金属的强...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁碳相图[3]
1绪论3电动机、管道和机座、厨具等产品。图1-2灰铸铁石墨形态[2]。Fig.1-2Graphitemorphologyofgraycastiron[2].可锻铸铁也被称作韧铁或马铁，它是将铸态的白口铸铁坯料经一定的退火处理，获得基体组织为铁素体或珠光体同时石墨以团絮状存在的材料，通常表现出强度和塑韧性均较好的性能。可锻铸铁按其组织及性能的不同，可分为珠光体（P）可锻铸铁和铁素体（F）可锻铸铁两类：珠光体可锻铸铁也称白心可锻铸铁，石墨成团絮状状，基体是珠光体，断面呈银白色；铁素体可锻铸铁也称黑心可锻铸铁，其基体组织为铁素体，断面呈黑天鹅绒色。可锻铸铁广泛应用于车辆、农业机械、铁路设备等行业。白口铸铁是经过快速冷却热处理并且硅含量低于1%的铸铁。白口铸铁中的碳沉淀为渗碳体而不是石墨球或石墨片，其的名字来源于白口铸铁表面的白色。白口铸铁经常出现冷硬铸造现象，这是由于白口铸铁表面冷却迅速，芯部冷却缓慢造成的[4]。由于组织中含有较多的渗碳体使得其耐磨性好，常用作耐磨材料使用。但是其存在韧性较差，抗冲击性能差的缺点。当今，镍硬铸铁，高铬铸铁以及合金白口铸铁大大扩展了白口铸铁的应用范围。为了解决铸铁组织中的薄片状石墨强度低，石墨尖角处容易应力集中的致命缺陷，球墨铸铁于上世纪五十年代应用而生，由于球墨铸铁具有较高的延展性，常应用于曲轴、凸轮轴和齿轮上。球墨铸铁是指在铸造铁水中加入镁、铈等球化剂并经特定孕育剂的处理后获得的石墨呈圆球状的铸铁材料。通常情况下球墨铸铁的碳含量在3.5%~4%之间，硅含量在1.8%~2.8%之间，但在实际的生产操作过程中也要根据铸件的厚度以及其要求的力学性能做适当的调整。球墨铸铁中的石墨的特殊形态决定了其优异的综合力学性能，球状石墨没有尖角存在，很好的较低了片状石墨对基
西安理工大学硕士学位论文4到稳定奥氏体的作用。镍元素的加入会通过减小碳在铁水中的溶解度而达到促进石墨化的作用，通常镍元素含量要控制在0.1%~0.25%之间。图1-3为铁素体球墨铸铁的组织图，其中可以看出球墨铸铁石墨的球状形态和铁素体球墨铸铁典型的“牛眼”组织。图1-3球墨铸铁组织Fig.1-3Themicrostructuresofductilecastiron.通过改进球化剂和合理控制化学元素的添加可以很好的改善石墨形态，但球墨铸铁的基体组织却是决定其性能的主要因素。通常，调控材料基体组织的最常用方法是合金化和热处理，因此，将球墨铸铁像钢一样进行热处理来改善其力学性能便成了可行之道。常见球墨铸铁的热处理方式和钢大致一样。比如：消除白口退火主要是为了解决球墨铸铁件因生产过程表面产生的白口而导致出现的加工困难问题；正火能够使其基体组织转化为珠光体组织（P）从而提高球铁件的强度；调制处理通常是为了使球铁铸件达到比较优异的综合力学性能而采用的一种热处理方式，通过调质处理后具有较高的硬度和良好的韧性，同时铸件的抗磨损性能也会得到提升。值得注意的是，上个世纪七十年代末，中美等国的研究人员在各自采用不同温度范围等温淬火的方式对球墨铸铁热处理时发现，这种经过等温淬火处理的球墨铸铁具有很高的力学性能，并且中美和芬兰三国几乎同时宣布了对这种新型球墨铸铁研究。其中，美国的通用公司在1976年宣布采用这种组织为下贝氏体+少量马氏体的新型球墨铸铁代替之前的铸钢材料制造汽车后桥齿轮，这一替代取得巨大成功；芬兰研发出的组织为上贝氏体型铁素体+少量奥氏体的球墨铸铁，其奥氏体体积分数在10%~35%之间；而我国所研发出的是下贝氏体球墨铸铁[5]。此后，美国、英国、法国等国家前后针对这种新型球墨铸铁申请了专利，与此同时?
【参考文献】：
期刊论文
[1]塑性变形诱发相变对回火球墨铸铁组织和性能的影响[J]. 杨舒文,侯泽北,邱铖铖. 热加工工艺. 2017(09)
[2]气缸套用等温淬火球墨铸铁的组织和性能[J]. 高广东,熊毅,任凤章,徐超,刘治军. 河南科技大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]下贝氏体球墨铸铁在腐蚀介质中的磨粒磨损行为[J]. 孙挺,宋仁伯,杨富强,李亚萍,吴春京. 金属学报. 2014(11)
[4]TRIP效应在基于应变设计的大变形管线钢中的应用[J]. 申坤,王斌. 焊管. 2013(03)
[5]等温淬火球墨铸铁的滚动接触磨损性能研究[J]. 曾东方,鲁连涛,张继旺,王文健,朱旻昊,徐志富. 摩擦学学报. 2012(02)
[6]应变强化奥氏体不锈钢力学行为研究及应用[J]. 韩豫,陈学东,刘全坤,钱凌云,陈从升. 中国机械工程. 2011(21)
[7]TRIP钢中奥氏体的力学稳定性研究[J]. 熊自柳,蔡庆伍,江海涛,唐荻. 材料工程. 2011(03)
[8]高锰TRIP钢的形变诱导马氏体相变及加工硬化行为[J]. 张维娜,刘振宇,王国栋. 金属学报. 2010(10)
[9]应变速率对奥氏体不锈钢应变诱发α′-马氏体转变和力学行为的影响[J]. 刘伟,李志斌,王翔,邹骅,王立新. 金属学报. 2009(03)
[10]等温淬火球铁（ADI）的微观组织与力学性能[J]. 刘金城,时胜利. 铸造技术. 2006(12)
博士论文
[1]热轧微合金化TRIP钢组织控制与力学性能研究[D]. 冯庆晓.北京科技大学 2016
硕士论文
[1]硼对等温淬火球墨铸铁组织和性能的影响[D]. 张景超.郑州大学 2012
[2]高强度合成灰铸铁的组织性能及断裂特征[D]. 林浩.西安理工大学 2010
本文编号：3484081
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁碳相图[3]
1绪论3电动机、管道和机座、厨具等产品。图1-2灰铸铁石墨形态[2]。Fig.1-2Graphitemorphologyofgraycastiron[2].可锻铸铁也被称作韧铁或马铁，它是将铸态的白口铸铁坯料经一定的退火处理，获得基体组织为铁素体或珠光体同时石墨以团絮状存在的材料，通常表现出强度和塑韧性均较好的性能。可锻铸铁按其组织及性能的不同，可分为珠光体（P）可锻铸铁和铁素体（F）可锻铸铁两类：珠光体可锻铸铁也称白心可锻铸铁，石墨成团絮状状，基体是珠光体，断面呈银白色；铁素体可锻铸铁也称黑心可锻铸铁，其基体组织为铁素体，断面呈黑天鹅绒色。可锻铸铁广泛应用于车辆、农业机械、铁路设备等行业。白口铸铁是经过快速冷却热处理并且硅含量低于1%的铸铁。白口铸铁中的碳沉淀为渗碳体而不是石墨球或石墨片，其的名字来源于白口铸铁表面的白色。白口铸铁经常出现冷硬铸造现象，这是由于白口铸铁表面冷却迅速，芯部冷却缓慢造成的[4]。由于组织中含有较多的渗碳体使得其耐磨性好，常用作耐磨材料使用。但是其存在韧性较差，抗冲击性能差的缺点。当今，镍硬铸铁，高铬铸铁以及合金白口铸铁大大扩展了白口铸铁的应用范围。为了解决铸铁组织中的薄片状石墨强度低，石墨尖角处容易应力集中的致命缺陷，球墨铸铁于上世纪五十年代应用而生，由于球墨铸铁具有较高的延展性，常应用于曲轴、凸轮轴和齿轮上。球墨铸铁是指在铸造铁水中加入镁、铈等球化剂并经特定孕育剂的处理后获得的石墨呈圆球状的铸铁材料。通常情况下球墨铸铁的碳含量在3.5%~4%之间，硅含量在1.8%~2.8%之间，但在实际的生产操作过程中也要根据铸件的厚度以及其要求的力学性能做适当的调整。球墨铸铁中的石墨的特殊形态决定了其优异的综合力学性能，球状石墨没有尖角存在，很好的较低了片状石墨对基
西安理工大学硕士学位论文4到稳定奥氏体的作用。镍元素的加入会通过减小碳在铁水中的溶解度而达到促进石墨化的作用，通常镍元素含量要控制在0.1%~0.25%之间。图1-3为铁素体球墨铸铁的组织图，其中可以看出球墨铸铁石墨的球状形态和铁素体球墨铸铁典型的“牛眼”组织。图1-3球墨铸铁组织Fig.1-3Themicrostructuresofductilecastiron.通过改进球化剂和合理控制化学元素的添加可以很好的改善石墨形态，但球墨铸铁的基体组织却是决定其性能的主要因素。通常，调控材料基体组织的最常用方法是合金化和热处理，因此，将球墨铸铁像钢一样进行热处理来改善其力学性能便成了可行之道。常见球墨铸铁的热处理方式和钢大致一样。比如：消除白口退火主要是为了解决球墨铸铁件因生产过程表面产生的白口而导致出现的加工困难问题；正火能够使其基体组织转化为珠光体组织（P）从而提高球铁件的强度；调制处理通常是为了使球铁铸件达到比较优异的综合力学性能而采用的一种热处理方式，通过调质处理后具有较高的硬度和良好的韧性，同时铸件的抗磨损性能也会得到提升。值得注意的是，上个世纪七十年代末，中美等国的研究人员在各自采用不同温度范围等温淬火的方式对球墨铸铁热处理时发现，这种经过等温淬火处理的球墨铸铁具有很高的力学性能，并且中美和芬兰三国几乎同时宣布了对这种新型球墨铸铁研究。其中，美国的通用公司在1976年宣布采用这种组织为下贝氏体+少量马氏体的新型球墨铸铁代替之前的铸钢材料制造汽车后桥齿轮，这一替代取得巨大成功；芬兰研发出的组织为上贝氏体型铁素体+少量奥氏体的球墨铸铁，其奥氏体体积分数在10%~35%之间；而我国所研发出的是下贝氏体球墨铸铁[5]。此后，美国、英国、法国等国家前后针对这种新型球墨铸铁申请了专利，与此同时?
【参考文献】：
期刊论文
[1]塑性变形诱发相变对回火球墨铸铁组织和性能的影响[J]. 杨舒文,侯泽北,邱铖铖. 热加工工艺. 2017(09)
[2]气缸套用等温淬火球墨铸铁的组织和性能[J]. 高广东,熊毅,任凤章,徐超,刘治军. 河南科技大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]下贝氏体球墨铸铁在腐蚀介质中的磨粒磨损行为[J]. 孙挺,宋仁伯,杨富强,李亚萍,吴春京. 金属学报. 2014(11)
[4]TRIP效应在基于应变设计的大变形管线钢中的应用[J]. 申坤,王斌. 焊管. 2013(03)
[5]等温淬火球墨铸铁的滚动接触磨损性能研究[J]. 曾东方,鲁连涛,张继旺,王文健,朱旻昊,徐志富. 摩擦学学报. 2012(02)
[6]应变强化奥氏体不锈钢力学行为研究及应用[J]. 韩豫,陈学东,刘全坤,钱凌云,陈从升. 中国机械工程. 2011(21)
[7]TRIP钢中奥氏体的力学稳定性研究[J]. 熊自柳,蔡庆伍,江海涛,唐荻. 材料工程. 2011(03)
[8]高锰TRIP钢的形变诱导马氏体相变及加工硬化行为[J]. 张维娜,刘振宇,王国栋. 金属学报. 2010(10)
[9]应变速率对奥氏体不锈钢应变诱发α′-马氏体转变和力学行为的影响[J]. 刘伟,李志斌,王翔,邹骅,王立新. 金属学报. 2009(03)
[10]等温淬火球铁（ADI）的微观组织与力学性能[J]. 刘金城,时胜利. 铸造技术. 2006(12)
博士论文
[1]热轧微合金化TRIP钢组织控制与力学性能研究[D]. 冯庆晓.北京科技大学 2016
硕士论文
[1]硼对等温淬火球墨铸铁组织和性能的影响[D]. 张景超.郑州大学 2012
[2]高强度合成灰铸铁的组织性能及断裂特征[D]. 林浩.西安理工大学 2010
本文编号：3484081
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