厚大断面耐低温铁素体球墨铸铁组织及性能的研究

论文摘要

厚大断面耐低温铁素体球墨铸铁是近些年来球墨铸铁业的新兴产品，与常温铁素体球墨铸铁相比，低温铁素体球墨铸铁对成分控制，球化孕育工艺，组织控制等方面要求更为严格。对于厚大断面铁素体球墨铸铁，为获得满足要求的低温冲击性能及延伸率，必须保证铸件具有铁素体基体，且球化良好，不能出现碎块状石墨等畸变石墨。虽然我国已在低温铁素体球墨铸铁的研制上取得了一定成果，但大多数国内制造厂家仍未能掌握关键技术，生产的铸件吨位小、壁厚薄、形状简单，不能满足日益发展的球铁市场需求。本研究采用树脂砂铸造工艺制备厚大断面球墨铸铁试块，研究Ni、Si、Sb及其他合金元素对厚大断面铁素体球墨铸铁组织及性能的影响；分析了浇注温度、不同球化剂、不同孕育方法及壁厚效应等工艺因素对厚大断面铁素体球墨铸铁组织及性能的影响；使用光学显微镜对球墨铸铁的石墨形态和基体组织进行观察和分析；利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对球状石墨及碎块状石墨周围的化学元素分布进行了分析。本研究得到以下5条结论：1，对于厚大断面铁素体球墨铸铁，提高浇注温度及添加适当Sb，均可抑制碎块状石墨的产生，但后者效果更为明显，当Si含量在1.8%-2.0%和2.0%-2.2%时，分别添加0.005%与0.008%Sb，可达到抑制碎块状石墨产生的作用，保证厚大断面铁素体球墨铸铁的综合力学性能，且不会促进大量珠光体的生成；2，碎块状石墨周围C、Si元素含量明显高于球状石墨周围这两种元素，圆整石墨球周围La、Ce、Sb元素含量明显高于碎块状石墨周围相应元素含量；3，提高Si含量或添加0.6%Ni，试块抗拉强度、屈服强度及硬度均得到提升，-40℃低温冲击韧性呈下降趋势，但Si含量提升至2.0%-2.2%或添加0.6%Ni时，仍可保证在试样-40℃低温冲击功个别值及平均值均≥10J，符合国家相关标准；4，选用钇基重稀土球化剂和采用多次高效孕育手段，可明显改善厚大断面球墨铸铁心部石墨形态,5，随着壁厚的增加，球墨铸铁心部共晶凝固时间延长，石墨球直接增大，球化等级、综合力学性能均呈下降趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 球墨铸铁简介
• 1.2 球墨铸铁的诞生及其发展
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 球墨铸铁的性能及应用
• 1.3.1 球墨铸铁的性能
• 1.3.2 球墨铸铁的应用
• 1.4 厚大断面低温铁素体球墨铸铁
• 1.4.1 厚大断面低温铁素体球墨铸铁简介
• 1.4.2 厚大断面低温铁素体球墨铸铁球化理论及方法
• 1.4.3 厚大断面低温铁素体球墨铸铁球化理论及方法
• 1.4.4 厚大断面低温铁素体球墨铸铁生产中存在问题及解决措施
• 1.4.5 厚大断面低温铁素体球墨铸铁中各元素及其影响
• 1.5 本论文的研究目的和意义及主要研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 化学成分的确定
• 2.2.2 造型工艺的确定
• 2.2.3 熔炼及球化孕育工艺的确定
• 2.2.4 具体实验方案
• 2.3 试块解剖及样品制备方法
• 2.4 凝固曲线测量
• 2.5 化学分析
• 2.5.1 碳，硫分析
• 2.5.2 硅，锰，磷分析
• 2.5.3 镍，锑分析
• 2.6 微观组织分析
• 2.6.1 金相分析
• 2.6.2 SEM 分析
• 2.7 性能测试方法
• 2.7.1 抗拉强度测试方法
• 2.7.2 低温冲击韧性测试方法
• 2.7.3 硬度测试方法
• 2.8 实验所需仪器
• 第3章 合金元素对厚大断面低温铁素体球墨铸铁组织及性能的影响
• 3.0 引言
• 3.1 SB 对厚大断面低温铁素体球墨铸铁的影响
• 3.1.1 Sb 对石墨形态的影响
• 3.1.2 Sb 对基体组织的影响
• 3.1.3 Sb 对力学性能的影响
• 3.2 SI 对厚大断面低温铁素体球墨铸铁的影响
• 3.2.1 Si 对石墨形态的影响
• 3.2.2 Si 对力学性能的影响
• 3.3 NI 对厚大断面低温铁素体球墨铸铁的影响
• 3.3.1 Ni 对厚大断面低温铁素体球墨铸铁基体组织的影响
• 3.3.2 Ni 对厚大断面低温铁素体球墨铸铁力学性能的影响
• 3.4 其他元素对厚大断面低温铁素体球墨铸铁的影响
• 3.4.1 石墨球的异质核心
• 3.4.2 微量元素对石墨形态的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 工艺因素对厚大断面低温铁素体球墨铸铁组织及性能的影响
• 4.0 引言
• 4.1 球化剂类型对厚大断面低温铁素体球墨铸铁的影响
• 4.1.1 球化剂类型对石墨形态及力学性能的影响
• 4.1.2 重稀土球化剂的抗衰退机理
• 4.2 孕育方式对厚大断面低温铁素体球墨铸铁的影响
• 4.3 壁厚对厚大断面低温铁素体球墨铸铁的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文