活塞耐磨鑲環(huán)用高鎳蠕鐵組織性能的研究.pdf

1、由于活塞直接與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，承受著較高熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，耐磨鑲環(huán)也在腐蝕條件較苛刻的缸套內(nèi)高速往復(fù)運(yùn)動，耐磨鑲環(huán)的工作環(huán)境十分惡劣。在保證發(fā)動機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、安全的前提下，為使發(fā)動機(jī)向著高功率、輕量化、低油耗的方向發(fā)展，本課題對活塞耐磨鑲環(huán)的材料進(jìn)行一定的研究改進(jìn)工作，嘗試將高鎳奧氏體蠕墨鑄鐵材料代替原有高鎳奧氏體灰鑄鐵來生產(chǎn)活塞耐磨鑲環(huán)，為將來的發(fā)動機(jī)材料發(fā)展提供一定的試驗數(shù)據(jù)和理論支持。
　　耐磨鑲?cè)σ噪x心鑄造方法居多，本文

2、也采用了這種經(jīng)濟(jì)、簡便的工藝方法。采用不同劑量(1％、0.8％、0.6％、0.55％、0.5％、0.4％)及不同種類的蠕化劑（A型、B型）對鐵液進(jìn)行蠕化變質(zhì)處理，此后進(jìn)行離心鑄造。采用掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡觀察接頭顯微組織，并用能譜分析儀進(jìn)行點(diǎn)成分分析，確定合理的蠕化劑加入量。
　　通過研究所得試樣的石墨形態(tài)，測量其中各組試樣的化學(xué)成分并與蠕化前試樣成分進(jìn)行對比，分析知其中起主要作用的為稀土元素，Mg及Ni、Fe、Cr、Si等

3、元素，其中Ni擴(kuò)大γ相區(qū)，降低亞穩(wěn)共晶轉(zhuǎn)變溫度，含鎳量夠高時，鑄件的共析轉(zhuǎn)變完全消失，鑄鐵的基體組織全部變?yōu)閵W氏體。Fe和Cr、Mn主要形成碳化物分布在基體中，增加鑄鐵的硬度、耐磨性等力學(xué)性能，雖然稀土金屬含量較低，但它卻是蠕化劑不可或缺的物質(zhì)，同時也確定了采用A型蠕化劑，含量0.55％時，較易獲得所需穩(wěn)定的蠕墨鑄鐵試樣。
　　蠕化試驗獲得的試樣大致可分為:高鎳奧氏體球墨鑄鐵、高鎳奧氏體蠕墨鑄鐵以及高鎳奧氏體灰鑄鐵，同時還選取了鎳

4、含量較低的中鎳對比試樣進(jìn)行分析。為了耐磨鑲?cè)Φ暮侠磉x材，對上述材料進(jìn)行了力學(xué)性能分析:測量所得試樣的宏觀布氏硬度、耐磨損性能、低溫沖擊韌性、拉伸性能等。在宏觀硬度的試驗中發(fā)現(xiàn)，高鎳奧氏體球墨鑄鐵硬度最高，硬度值可達(dá)布氏硬度220HBW左右，高鎳奧氏體灰鑄鐵較低，只有130HBW左右，高鎳蠕墨鑄鐵硬度值居于兩者之間，大約為160HBW左右。與宏觀硬度測試試驗類似，耐磨損性能的結(jié)果也為高鎳奧氏體球墨鑄鐵耐磨損性能最好，其次為高鎳奧氏體蠕墨鑄

5、鐵，再次為原有高鎳奧氏體片狀鑄鐵，最差的為中鎳含量的對比試樣。但是由于耐磨鑲環(huán)需要鑄入鋁活塞中，硬度值不宜太高，因此原有高鎳奧氏體片狀鑄鐵產(chǎn)品及高鎳奧氏體蠕墨鑄鐵相關(guān)性能是較符合選材標(biāo)準(zhǔn)的。對于這兩組試樣又進(jìn)行了低溫沖擊試驗和拉伸試驗，發(fā)現(xiàn)高鎳奧氏體蠕墨鑄鐵的沖擊韌性和抗拉伸性能都比原有高鎳片狀灰鑄鐵更好，同時發(fā)現(xiàn)兩組鑄鐵試樣的沖擊韌性隨溫度值變化不大，在常溫(20℃)、-20℃、-40℃幾種情況下，沖擊韌性值幾乎相同。在拉伸試驗中，發(fā)

6、現(xiàn)鑄鐵試樣的拉伸性能主要顯現(xiàn)出其高鎳奧氏體基體的特征。
　　為了更加貼近活塞的實(shí)際應(yīng)用情況，為選材提供可靠依據(jù)，同時也對耐磨鑲環(huán)材料進(jìn)行了熱物理性能分析，本課題積極探索研究了所用材料的熱疲勞性能及導(dǎo)熱性能、線脹系數(shù)，在460℃和20℃之間的熱疲勞循環(huán)試驗中發(fā)現(xiàn)，試樣的熱疲勞性能與試樣的石墨形態(tài)、基體組織和碳化物含量是息息相關(guān)的，通過微觀組織觀察發(fā)現(xiàn)，高鎳奧氏體基體具有優(yōu)良的抗熱疲勞能力，在石墨形態(tài)方面抗熱疲勞性能為:球墨鑄鐵＞蠕墨

7、鑄鐵＞片狀灰鑄鐵，熱疲勞裂紋主要由石墨和基體接觸的尖銳位置開始起裂，碳化物的存在阻礙了裂紋的擴(kuò)展，在觀察中極少看到裂紋的擴(kuò)展路徑與碳化物相交，裂紋與碳化物位置相距較遠(yuǎn)。導(dǎo)熱性能試驗中發(fā)現(xiàn)，高鎳蠕墨鑄鐵與高鎳片狀灰鑄鐵有一定差距，但其導(dǎo)熱能力還是比較優(yōu)異的，在線脹系數(shù)測量試驗中發(fā)現(xiàn)，高鎳蠕墨鑄鐵材料的線脹系數(shù)與活塞基體的更加接近，實(shí)際應(yīng)用中性能更優(yōu)異。
　　高鎳奧氏體蠕墨鑄鐵具有良好的高溫性能，在500℃下能保持較好的強(qiáng)度，具有比較