球墨铸铁奥氏体化参数优化及等温淬火转变机制研究
发布时间：2021-12-19 10:43
等温淬火球墨铸铁（ADI）因其优异的力学性能,而被誉为是新一代的工程结构材料、机械装备轻量化材料及最有望实现“以铁代钢”材料。然而,等温淬火热处理作为制备ADI产品的最有效途径,其初始阶段的奥氏体化过程则成为影响后续等温转变的重要环节,尤其是球铁奥氏体化后高温奥氏体中碳含量的多少将直接影响后续等温过程中组织的转变反应和ADI的力学性能。但迄今,工艺因素与球铁奥氏体化后高温奥氏体中碳含量及ADI力学性能之间相关性的研究相对较少,同时,关于ADI基体中奥铁体组织的内部精细结构的表述尚不明确,这都使得ADI在国内市场上的发展应用受到了极大的阻碍。为此,优化球铁奥氏体化工艺参数,探索工艺因素对ADI基体组织和力学性能的影响规律具有重要的工程应用价值。本文通过研究铸态组织和奥氏体化工艺参数对球铁奥氏体化后高温奥氏体中碳含量的影响规律、深入观察和分析不同等温转变温度下所获得奥铁体组织的微观结构以及探索工艺因素与ADI材质力学性能的相关性,得出以下几点结论:（1）在球铁的铸态组织中,牛眼铁素体中的碳含量平均值可达0.54%,且相邻两石墨球间铁素体中的碳含量呈“U”型分布。此外,奥氏体化温度（Tγ）是...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ADI组织中由薄铁素体片组成的针状铁素体[42]
1前言5图1-3ADI组织中由薄铁素体片组成的针状铁素体[42]Fig.1-3AcicularferriteconsistingofthinferritesheetsinADImatrix[42]位向，且条形奥氏体也含有过饱和的碳[42]。1.3.3ADI的力学性能图1-4显示了ADI与普通碳素钢、合金钢和传统球墨铸铁的性能对比。从图中可以看出，ADI的抗拉强度远超于传统的球墨铸铁，而逼近或略高于碳钢和合金钢的强度。但是，无论是传统的球铁件还是ADI材质，其伸长率均低于钢材，这主要与钢试样在第一道裂纹出现后仍可以继续变形有关[39]。表1-5为不同等温转变温度下ADI的力学性能[7]。可以看出，(1)等温转变温度的降低可以提高ADI的强度和硬度，而降低其延展性，这主要与等温转变温度的升高会造成ADI基体组织的晶粒粗化和基体中未转变奥氏体的数量增加有关；(2)ADI的KIC随着等温转变温度的降低而减小，这主要与ADI基体中未转变奥氏体中碳含量的减少有关。此外，球铁基体组织在等温转变的过程中，由于γαB转变反应进行不彻底，导致图1-2(a)球墨铸铁的显微组织；(b)ADI的显微组织[40]Fig.1-2(a)Microstructureofductileiron;(b)MicrostructureofADI[40](a)(b)
西安理工大学硕士学位论文6表1-5不同等温淬火温度下ADI的力学性能[7]Table1-5MechanicalpropertiesofADIatdifferentisothermalquenchingtemperatures[7]热处理极限抗拉强度(UTS)/MPa屈服强度/MPa伸长率/%断面收缩率/%洛氏硬度C级(HRC)断裂韧性(KIC)/MPa√m927℃/2h+260℃/2h1446.4197.31126.213.52.61.12..946.90.1544.60.8927℃/2h+316℃/2h1264.178.01031.313.94.41.25.841.20.364.256927℃/2h+385℃/2h1069.132.2776.191.813.73.912.230.10.470.44.4等温转变后ADI的基体中始终存在一定数量的未转变γ，其部分未转变γ中因碳含量较低，使得其在无论受拉应力还是受压应力时，都会发生不同程度的加工硬化，这种特有的硬化特性再结合上高的强韧性，促使ADI材质具有了良好的疲劳性能，且随着抗拉强度的升高而增大[43]。1.3.4ADI的影响因素（1）球铁毛坯内在质量球铁毛坯的质量是制备高性能ADI材质的关键。毛坯件基体中的石墨球数越多，共晶团越小，显微偏析量就越小，等温转变产物就越均匀，就越容易稳定获得高强韧性的ADI产品[43]。同时，为获得高质量的球铁毛坯件，应严格控制铁液的熔配过程，以保证毛坯件化学成分合理稳定；应对铁液进行预处理，尽可能采用多次孕育技术，以提高石墨的球化率（3级以上），保证石墨球的球数（≥180个/mm2），减小石墨球的球径（6级以上），降低金属间化合物（≤0.5%）和显微缩松缩孔的数量（≤1%）[44,45]。图1-4ADI与钢及传统球墨铸铁性能的比较[39]Fig.1-4ComparisonofpropertiesbetweenADIandsteelandtraditionalductileiron[39]
【参考文献】：
期刊论文
[1]ADI材料在防护支座产品上的开发应用[J]. 高峰,曾圣湖,武炳焕. 现代铸铁. 2019(01)
[2]等温淬火球墨铸铁研发工作的进展与发展趋势[J]. 曾艺成,李克锐,张忠仇,徐明君,卫东海. 铸造. 2017(09)
[3]淬火-配分热处理对球墨铸铁组织与性能的影响[J]. 赵丕鹏,王晶,沈正军,黄宝旭,马杰,赵性川,王长征. 材料热处理学报. 2017(05)
[4]等温淬火低合金贝氏体球墨铸铁的回火组织与力学性能[J]. 崔君军,陈礼清,李海智,佟伟平. 金属学报. 2016(07)
[5]ADI的研究应用前景探讨[J]. 张云,龚文邦,刘欢. 铸造. 2014(05)
[6]喂线技术在ADI凸轮轴生产中的应用[J]. 王海泉,王杰,吴玉彬,李树春,王旭阳. 机械工程师. 2013(06)
[7]热处理工艺对双相等温淬火球墨铸铁组织的影响[J]. 姜利坤,张新恩,田长文,刘运腾,李卫红. 铸造. 2013(06)
[8]ADI风镐缸体铸件组织与力学性能研究[J]. 黄之德,王生玖. 热加工工艺. 2012(11)
[9]我国ADI的发展思路探讨[J]. 陈国栋,龚文邦,向纲玉. 中国铸造装备与技术. 2011(06)
[10]奥-贝球铁研究与应用的进程[J]. 黄建洪. 金属热处理. 2010(11)
本文编号：3544274
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ADI组织中由薄铁素体片组成的针状铁素体[42]
1前言5图1-3ADI组织中由薄铁素体片组成的针状铁素体[42]Fig.1-3AcicularferriteconsistingofthinferritesheetsinADImatrix[42]位向，且条形奥氏体也含有过饱和的碳[42]。1.3.3ADI的力学性能图1-4显示了ADI与普通碳素钢、合金钢和传统球墨铸铁的性能对比。从图中可以看出，ADI的抗拉强度远超于传统的球墨铸铁，而逼近或略高于碳钢和合金钢的强度。但是，无论是传统的球铁件还是ADI材质，其伸长率均低于钢材，这主要与钢试样在第一道裂纹出现后仍可以继续变形有关[39]。表1-5为不同等温转变温度下ADI的力学性能[7]。可以看出，(1)等温转变温度的降低可以提高ADI的强度和硬度，而降低其延展性，这主要与等温转变温度的升高会造成ADI基体组织的晶粒粗化和基体中未转变奥氏体的数量增加有关；(2)ADI的KIC随着等温转变温度的降低而减小，这主要与ADI基体中未转变奥氏体中碳含量的减少有关。此外，球铁基体组织在等温转变的过程中，由于γαB转变反应进行不彻底，导致图1-2(a)球墨铸铁的显微组织；(b)ADI的显微组织[40]Fig.1-2(a)Microstructureofductileiron;(b)MicrostructureofADI[40](a)(b)
西安理工大学硕士学位论文6表1-5不同等温淬火温度下ADI的力学性能[7]Table1-5MechanicalpropertiesofADIatdifferentisothermalquenchingtemperatures[7]热处理极限抗拉强度(UTS)/MPa屈服强度/MPa伸长率/%断面收缩率/%洛氏硬度C级(HRC)断裂韧性(KIC)/MPa√m927℃/2h+260℃/2h1446.4197.31126.213.52.61.12..946.90.1544.60.8927℃/2h+316℃/2h1264.178.01031.313.94.41.25.841.20.364.256927℃/2h+385℃/2h1069.132.2776.191.813.73.912.230.10.470.44.4等温转变后ADI的基体中始终存在一定数量的未转变γ，其部分未转变γ中因碳含量较低，使得其在无论受拉应力还是受压应力时，都会发生不同程度的加工硬化，这种特有的硬化特性再结合上高的强韧性，促使ADI材质具有了良好的疲劳性能，且随着抗拉强度的升高而增大[43]。1.3.4ADI的影响因素（1）球铁毛坯内在质量球铁毛坯的质量是制备高性能ADI材质的关键。毛坯件基体中的石墨球数越多，共晶团越小，显微偏析量就越小，等温转变产物就越均匀，就越容易稳定获得高强韧性的ADI产品[43]。同时，为获得高质量的球铁毛坯件，应严格控制铁液的熔配过程，以保证毛坯件化学成分合理稳定；应对铁液进行预处理，尽可能采用多次孕育技术，以提高石墨的球化率（3级以上），保证石墨球的球数（≥180个/mm2），减小石墨球的球径（6级以上），降低金属间化合物（≤0.5%）和显微缩松缩孔的数量（≤1%）[44,45]。图1-4ADI与钢及传统球墨铸铁性能的比较[39]Fig.1-4ComparisonofpropertiesbetweenADIandsteelandtraditionalductileiron[39]
【参考文献】：
期刊论文
[1]ADI材料在防护支座产品上的开发应用[J]. 高峰,曾圣湖,武炳焕. 现代铸铁. 2019(01)
[2]等温淬火球墨铸铁研发工作的进展与发展趋势[J]. 曾艺成,李克锐,张忠仇,徐明君,卫东海. 铸造. 2017(09)
[3]淬火-配分热处理对球墨铸铁组织与性能的影响[J]. 赵丕鹏,王晶,沈正军,黄宝旭,马杰,赵性川,王长征. 材料热处理学报. 2017(05)
[4]等温淬火低合金贝氏体球墨铸铁的回火组织与力学性能[J]. 崔君军,陈礼清,李海智,佟伟平. 金属学报. 2016(07)
[5]ADI的研究应用前景探讨[J]. 张云,龚文邦,刘欢. 铸造. 2014(05)
[6]喂线技术在ADI凸轮轴生产中的应用[J]. 王海泉,王杰,吴玉彬,李树春,王旭阳. 机械工程师. 2013(06)
[7]热处理工艺对双相等温淬火球墨铸铁组织的影响[J]. 姜利坤,张新恩,田长文,刘运腾,李卫红. 铸造. 2013(06)
[8]ADI风镐缸体铸件组织与力学性能研究[J]. 黄之德,王生玖. 热加工工艺. 2012(11)
[9]我国ADI的发展思路探讨[J]. 陈国栋,龚文邦,向纲玉. 中国铸造装备与技术. 2011(06)
[10]奥-贝球铁研究与应用的进程[J]. 黄建洪. 金属热处理. 2010(11)
本文编号：3544274
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