铸态珠光体球铁锡、锑及稀土复合处理作用的试验研究

论文摘要

铸态珠光体球铁具有高强度、高硬度、高耐磨性以及较低的生产成本和较长的使用寿命等优点,近年来被广泛用来取代钼铬合金铸铁和铸钢件等材质生产汽车覆盖件模具毛坯。但是在汽车覆盖件这种厚大断面球墨铸铁中,由于铁液凝固速度较慢,在最后凝固中心部位极易出现球化衰退和孕育衰退,使有效的石墨结晶核心数量迅速减少,从而导致石墨球数量减少、球径增大,出现碎块状或开花状石墨等石墨畸变,恶化了球铁的机械性能,制约了厚大断面球铁的广泛应用。生产实践表明,添加适量的锡或锑等微量元素能够有效地减少或消除厚大断面球铁的石墨畸变,改善球铁性能。本文针对厚大断面球铁生产中存在的问题,在实验室现有条件基础上,通过向普通球铁中同时加入微量的锡、锑合金元素制备出高强度球墨铸铁,运用二次回归正交分析方法考察锡、锑和稀土在球铁中是否存在交互作用以及交互作用如何,以对球铁的微量元素合金化控制作出一定的指导。本实验选取的基础化学成分为:C:3.7%,Si:2.3%,Mn:0.55%,P:0.04%,S:0.03%。采用10公斤无芯中频感应电炉熔炼铁液,光学高温计测量温度,出炉温度控制在1500℃左右。采用冲入法进行球化和孕育处理,锡、锑合金和孕育剂一起加入到浇包中,浇注完毕后大约40分钟左右开型,然后空冷至室温。本研究通过多组试验考察了锡、锑及稀土元素对球铁的微观组织、机械性能和耐磨性能的影响规律。对微观组织的观察可知,锡、锑能够提高石墨球圆整度,减小球径,提高珠光体含量,减小珠光体片间距,只有锡与锑之间的交互作用能够显著提高球化率,三种元素彼此之间的交互作用都不对珠光体量产生显著影响;对机械性能的影响:三种元素之间的交互作用都对抗拉强度产生显著影响,当合金元素加入量超过一定值后抗拉强度出现明显下降,三种元素之间的交互作用都不对延伸率产生显著影响,只有锡与稀土和锑与稀土之间的交互作用使硬度出现显著提高,锡与稀土和锑与稀土之间的交互作用都能使冲击韧性出现显著下降;锡与锑之间的交互作用能够显著增加磨损失重量和显著降低摩擦系数,随合金元素加入量不断增加,磨损失重量明显减少,摩擦系数基本保持在一个稳定范围内。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1、绪论
• 1.1 选题目的意义
• 1.2 球墨铸铁的发展及应用
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.2.3 球墨铸铁的应用概况
• 1.3 球墨铸铁的合金化作用
• 1.3.1 碳化物形成元素
• 1.3.2 石墨化促进元素
• 1.3.3 微量元素
• 1.4 球铁的孕育作用
• 1.4.1 球铁孕育的目的
• 1.4.2 球铁的孕育处理工艺
• 1.4.3 球铁用孕育剂
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 试验内容及方法
• 2.1 化学成分及工艺的确定
• 2.1.1 化学成分的确定
• 2.1.2 试验方案的确定
• 2.1.3 试验工艺的确定
• 2.2 球墨铸铁的制备工艺
• 2.2.1 原材料
• 2.2.2 试验用球墨铸铁的制备
• 2.3 性能测试方法
• 2.3.1 抗拉强度测试方法
• 2.3.2 硬度测试方法
• 2.3.3 磨损性能测试
• 2.3.4 冲击试验
• 2.4 球墨铸铁组织的微观组织分析
• 3 合金元素对球墨铸铁微观组织的影响
• 3.1 前言
• 3.2 合金元素对球墨铸铁微观组织的影响
• 3.2.1 合金元素对球墨铸铁石墨形态的影响
• 3.2.2 合金元素对球墨铸铁基体组织的影响
• 3.3 合金元素对球铁球化率和珠光体量影响的试验结果及分析
• 3.3.1 球化率和珠光体量的实验结果
• 3.3.2 单个元素对球铁球化率和珠光体量的影响
• 3.3.3 交互作用对球铁球化率和珠光体量的影响
• 3.4 本章小结
• 4 合金元素对球墨铸铁机械性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 合金元素对球铁机械性能影响的试验结果及分析
• 4.2.1 抗拉强度、延伸率、硬度和冲击韧性的试验结果
• 4.2.2 单个元素对球铁抗拉强度、延伸率、硬度和冲击韧性的影响
• 4.2.3 交互作用对球铁抗拉强度、延伸率、硬度和冲击韧性的影响
• 4.3 本章小结
• 5 合金元素对球墨铸铁耐磨性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 合金元素对球铁耐磨性能影响的试验结果及分析
• 5.2.1 磨损失重和摩擦系数的试验结果
• 5.2.2 单个元素对球铁磨损失重和摩擦系数的影响
• 5.2.3 交互作用对球铁磨损失重和摩擦系数的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢