不同蠕化率蠕墨鑄鐵的熱疲勞性能研究.pdf

1、本文通過(guò)精確控制工藝參數(shù)、嚴(yán)格規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作，以包底沖入法生產(chǎn)的蠕墨鑄鐵缸體、缸蓋蠕化率及各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水平，并研究了溫度、蠕化率對(duì)蠕墨鑄鐵熱疲勞性能的影響。
　　本研究在接近材料實(shí)際工況的試驗(yàn)條件下，不考慮外加機(jī)械應(yīng)力的作用，應(yīng)用自約束全自動(dòng)冷熱疲勞試驗(yàn)機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的部分溫度場(chǎng)，以蠕墨鑄鐵為研究對(duì)象，通過(guò)光學(xué)顯微鏡研究了由于外界溫度的升降在材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力而造成的裂紋萌生及其擴(kuò)展機(jī)制。通過(guò)詳細(xì)地跟蹤觀察、記錄，系統(tǒng)

2、測(cè)定在熱疲勞過(guò)程中，20(←→)300℃與20(←→)600℃溫度環(huán)境下，不同循環(huán)次數(shù)下不同蠕化率的蠕墨鑄鐵的裂紋萌生位置及擴(kuò)展路徑，分析了熱裂紋的萌生與擴(kuò)展機(jī)理，并與20(←→)300℃溫度環(huán)境下的灰鑄鐵做對(duì)比。
　　在本實(shí)驗(yàn)研究條件下，得出以下研究結(jié)果:
　　(1)蠕墨鑄鐵工藝參數(shù):①鐵水成分范圍:C3.6-3.7％; Si2.2-2.4％; Mn0.4-0.5％;S＜0.03％; Sn0.07％和Cu0.3-0.5％;

3、②蠕化劑成分Mg3-5％，Re13-16％，加入量0.33-0.60％;③孕育劑成分Ba3-5％，加入量0.8％;④蠕化處理后包內(nèi)溫度1420-1440℃，靜置1分鐘后澆注，澆注時(shí)間10分鐘。
　　(2)不同蠕化率的蠕墨鑄鐵中，石墨形態(tài)是不同的，石墨組織主要由球狀、團(tuán)狀、團(tuán)絮狀、蠕蟲(chóng)狀4種形態(tài)所構(gòu)成。在熱疲勞循環(huán)過(guò)程中，蠕蟲(chóng)狀石墨接近片狀石墨，尖端易產(chǎn)生應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂紋;球狀石墨圓整度較好，應(yīng)力集中小，不易產(chǎn)生裂紋?；诣T鐵中的

4、片狀石墨，尖端容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋的傾向更大。
　　(3)溫度一定時(shí)，蠕墨鑄鐵的熱疲勞性能與蠕化率有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，蠕化率越高，熱疲勞性能越好，但當(dāng)蠕化率高于一定值，熱疲勞性能開(kāi)始下降。
　　(4)熱疲勞試驗(yàn)中，溫差越大，試樣表層的膨脹和收縮量就越大，產(chǎn)生的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力就越大，熱疲勞裂紋的萌生就越快。上限溫度的升高顯著降低了蠕墨鑄鐵的熱疲勞壽命。溫度對(duì)裂紋擴(kuò)展速率也有重要影響，上限溫度較低時(shí)，熱疲勞裂紋擴(kuò)展速率分為

5、遞增和遞減兩個(gè)階段;上限溫度較高時(shí)，擴(kuò)展速率隨裂紋長(zhǎng)度的增加呈現(xiàn)逐步遞增的趨勢(shì)。
　　(5)試驗(yàn)溫度300℃下，蠕化率在50-60％的蠕墨鑄鐵疲勞性能最差，但與之相比，同樣條件下的灰鑄鐵在裂紋萌生時(shí)所需的冷熱疲勞次數(shù)更少;在疲勞次數(shù)增加時(shí)，裂紋擴(kuò)展的速率更快。所以通過(guò)比較可以得出，蠕化率高于50％的蠕墨鑄鐵，疲勞性能要優(yōu)于灰鑄鐵。
　　(6)在熱疲勞循環(huán)過(guò)程中，試樣V型缺口是最大的熱應(yīng)力集中處，V型缺口附近體積膨脹所產(chǎn)生的相