鑄鐵合金的石墨形態(tài)表征及控制研究.pdf

1、蠕墨鑄鐵具有優(yōu)良的強(qiáng)塑性、耐熱疲勞性能和導(dǎo)熱性，作為一種重要的工程材料廣泛應(yīng)用于國(guó)防和民用工業(yè)中。隨著汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪葉片等工程裝備技術(shù)的快速發(fā)展及高可靠性需求的提升，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋鑄鐵熱端部件的工作溫度愈來(lái)愈高，這些部件對(duì)蠕化率有很高的要求（在80％以上）以便將熱量快速導(dǎo)出，避免材料長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境影響部件正常工作和使用壽命。而在蠕墨鑄鐵工業(yè)化生產(chǎn)中，由于蠕化率不易控制導(dǎo)致大量產(chǎn)品不合格，嚴(yán)重影響廠家的信譽(yù)和材料的浪費(fèi)。因此，在蠕墨

2、鑄鐵澆注前，建立一種預(yù)測(cè)鐵液蠕化率，并對(duì)不滿足蠕化率的鐵液進(jìn)行二次蠕化處理，以便達(dá)到理想蠕化率鑄件的新工藝，對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和理論研究具有深刻的意義。
　　本論文針對(duì)當(dāng)前蠕墨鑄鐵制各過(guò)程中的蠕化率差、蠕化不均勻、石墨形態(tài)不易控制的缺點(diǎn)。利用熱分析技術(shù)分析了灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵的特征值規(guī)律，建立一種在線預(yù)測(cè)鑄鐵種類的新方法和蠕化率與熱分析曲線特征值之間的數(shù)學(xué)模型并加以驗(yàn)證。研究了蠕化衰退時(shí)間對(duì)蠕化率、石墨長(zhǎng)徑比及硬度的影響規(guī)律和蠕墨

3、鑄鐵的二次蠕化調(diào)控技術(shù)，以便對(duì)蠕墨鑄鐵生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行在線調(diào)控。系統(tǒng)研究了所制各的蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)與力學(xué)性能的內(nèi)在規(guī)律。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)根據(jù)熱分析曲線特征值可以很好區(qū)別出灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵。當(dāng)凝固曲線中初晶溫度與共晶溫度之差接近和超過(guò)20℃，生產(chǎn)出灰鑄鐵;當(dāng)再輝溫度小于5℃時(shí)，生產(chǎn)出球墨鑄鐵。研究中還發(fā)現(xiàn)蠕墨鑄鐵的蠕化率與共晶最低溫度和再輝溫度線性相關(guān)，理論模型為:y=-2354.2+2.101TEU+4

4、.151△Tr
　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證和企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)證明該理論模型可以在線預(yù)測(cè)蠕墨鑄鐵的蠕化率，誤差在10％以內(nèi)。
　　(2)蠕化衰退對(duì)基體石墨產(chǎn)生一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著衰退時(shí)間的延長(zhǎng)，球狀石墨數(shù)量逐漸減少，蠕蟲狀石墨逐漸增多。當(dāng)時(shí)間超過(guò)300s后，出現(xiàn)層片狀石墨，蠕化迅速衰退?；w組織中珠光體含量則隨衰退時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，同時(shí)硬度降低。
　　(3)二次蠕化調(diào)控可以顯著改善石墨形態(tài)，阻滯蠕化衰退。當(dāng)一次蠕化劑

5、加入量為0.22％，二次蠕化劑加入量為0.05％～0.20％時(shí)，蠕化率先增加后降低，石墨的長(zhǎng)徑比逐漸減小。當(dāng)二次蠕化劑加入量為0.10％時(shí)，蠕化率較高，達(dá)到93.7％，石墨長(zhǎng)徑比減少到7.5;然而，當(dāng)一次蠕化劑加入量過(guò)大(0.30％)時(shí)，再進(jìn)行二次蠕化結(jié)果正好相反。當(dāng)一次蠕化劑加入量為0.30％，二次蠕化劑量由0.05％～0.20％時(shí)，蠕化率逐漸降低，球狀石墨迅速增多，石墨的長(zhǎng)徑比反而逐漸增加，由8.31增至10.45。
　　(4

6、)鎂-稀土蠕化劑加入量對(duì)蠕墨鑄鐵的蠕化率和石墨長(zhǎng)徑比、分布均勻性與形狀系數(shù)有顯著的影響。當(dāng)鎂-稀土蠕化劑加入量由0.22％增加至0.55％時(shí)，蠕墨鑄鐵蠕化率由97.76％逐漸降低至55.21％;石墨的分布率由83.5％急劇降至32％，幾乎呈一次線性關(guān)系降低;石墨長(zhǎng)徑比由8.56降至4.61;當(dāng)鎂-稀土蠕化劑加入量由0.22％增加至0.32％時(shí)，石墨形狀系數(shù)由17.23減小至10.80。繼續(xù)增加蠕化劑量至0.50％，石墨形狀系數(shù)緩慢減小至

7、9.11。當(dāng)蠕化劑加入量至0.55％時(shí)，石墨形狀系數(shù)由急劇減小至1.94。
　　(5)蠕墨鑄鐵石墨形態(tài)與力學(xué)性能密切相關(guān)。隨著蠕化率的提高，抗拉強(qiáng)度和延伸率均先增大后降低，當(dāng)蠕化率為82％時(shí)，抗拉強(qiáng)度和延伸率達(dá)到最大(365MPa和3.6％);隨著石墨的分布均勻性的提高，合金的抗拉強(qiáng)度先增大后降低，當(dāng)石墨的分布率為54％時(shí)，抗拉強(qiáng)度和延伸率達(dá)到最大(360MPa和3.3％);隨著石墨的長(zhǎng)徑比的提高，合金的抗拉強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)石墨的