电磁搅拌作用下轴承钢凝固组织形态演变的研究

论文摘要

轴承钢具有较高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度和弹性极限,良好的冲击韧性、断裂韧性、防锈性能和冷热加工性能。世界公认,轴承钢的水平是衡量一个国家冶金水平的标志。铸坯组织内部碳偏析等缺陷造成轴承钢局部强度或硬度较正常组织低,使钢的疲劳强度降低,导致零件在使用中过早地发生疲劳损坏。因此,提高铸坯凝固组织质量成为轴承钢生产中的一个重要任务。电磁搅拌具有减少或消除中心偏析与疏松,加速过热耗散,提高等轴晶率,减少钢中有害元素等优点。但电磁搅拌对搅拌位置敏感、位置灵活性差；二冷区电磁搅拌易出现白亮带。本研究主要通过浇注截面为100×100mm轴承钢小方坯,在轴承钢凝固过程中的不同时间段施加电磁搅拌的方法,对轴承钢凝固组织进行取样分析。通过对枝晶显示情况、冷却速度、渗透率和碳偏析检测情况的研究,探讨了电磁搅拌对轴承钢凝固组织的影响规律。本实验条件下,主要得出以下结论：（1）轴承钢凝固组织由外向内分为表面细晶粒区、柱状晶区和等轴晶区。电磁搅拌加入时间不同,表面细晶区比率一般变化很小,为13.5%左右；结晶器搅拌可以有效的阻止柱状晶的生长,促进细小等轴晶的形成,柱状晶区比率由无搅拌时的69.11%降到31.79%；等轴晶区比率由无搅拌时的17.75%增加到52.12%。（2）一次枝晶臂宽度约为145μm,随凝固向中心的推进,无明显的粗化,有无电磁搅拌对其影响较小。结晶器电磁搅拌可有效降低一次枝晶臂间距,二冷区搅拌时,一次枝晶臂间距突然增大35%,而后迅速降低。（3）二次枝晶臂在凝固的过程中出现明显的粗化,电磁搅拌加入的时间越晚,粗化率（KC）越大。粗化率由无搅拌时的2.52逐渐降低到结晶器搅拌时的1.76。（4）冷却速度（ε）越高,局部凝固时间（τ）越短,二次枝晶臂间距（d2）越小。二次枝晶臂间距越小,渗透率（KP）越小,碳偏析指数（C偏）越低。（5）末端电磁搅拌（3.0min时）参数为350A/12Hz,电磁力达到536.99N·m-3,液芯宽度为37mm时,可有效的降低中心碳偏析指数。液芯宽度过小,不利于改善中心偏析。（6）搅拌强度为350A时,二冷区电磁搅拌形成一条先出现负偏析后出现正偏析的白亮带。搅拌强度降低到300A时,白亮带基本消除。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 轴承钢及其生产工艺简介
• 1.3 我国轴承钢生产中面临的主要问题
• 1.3.1 纯净度
• 1.3.2 碳化物
• 1.3.3 表面质量
• 1.4 铸坯凝固组织内部缺陷的成因
• 1.4.1 中心偏析与疏松
• 1.4.2 白亮带
• 1.5 铸坯凝固组织内部缺陷的危害
• 1.6 电磁搅拌技术
• 1.6.1 电磁搅拌技术的发展
• 1.6.2 电磁搅拌的主要形式及特点
• 1.6.3 电磁搅拌的影响因素
• 1.7 研究内容和目的
• 第2章 实验方法
• 2.1 磁场的测试方法
• 2.1.1 测试原理
• 2.1.2 测试方法
• 2.2 电磁搅拌实验方法及设备
• 2.3 铸坯低倍组织检验方法
• 2.3.1 低倍组织检验的原理
• 2.3.2 枝晶腐蚀低倍检验
• 2.4 碳偏析检验方法
• 第3章 电磁搅拌器内磁场研究
• 3.1 磁场测试结果及分析
• 3.1.1 电磁搅拌器中心点磁场变化规律
• 3.1.2 铸模中心横截面磁场分布
• 3.1.3 铸模纵向中心截面磁场分布
• 3.1.4 负载对搅拌器中心点磁场的影响
• 3.2 电磁力的计算及结果分析
• 3.2.1 电磁力理论及计算方法
• 3.2.2 电磁力计算结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 电磁搅拌作用下轴承钢凝固组织的研究
• 4.1 电磁搅拌作用下中心缩孔的研究
• 4.2 电磁搅拌作用下轴承钢枝晶生长的研究
• 4.2.1 枝晶显示方法
• 4.2.2 枝晶显示结果
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 电磁搅拌作用下一次枝晶生长的研究
• 4.3.1 一次枝晶臂宽度的分析
• 4.3.2 一次枝晶臂间距（PDAS）的分析
• 4.4 电磁搅拌作用下二次枝晶生长的研究
• 4.4.1 二次枝晶臂间距的分析
• 4.4.2 二次枝晶臂间距（SDAS）与冷却速度的关系
• 4.4.3 二次枝晶臂间距与渗透率的关系
• 4.4.4 渗透率与碳偏析的关系
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢