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1、高鎳球鐵以其優(yōu)良的耐熱、耐疲勞和抗氧化性能在汽車排氣歧管、渦輪增壓器殼體等耐熱部件得以廣泛應(yīng)用。隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)高鎳球鐵的耐熱性能提出了更高的要求,而凝固過(guò)程是決定高鎳球鐵鑄件內(nèi)在成型質(zhì)量及綜合性能的重要因素,這就需要對(duì)其凝固過(guò)程有一個(gè)更深層次的了解和認(rèn)識(shí),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其凝固組織及合金性能的主動(dòng)控制。作為制約金屬凝固過(guò)程的本征物理參量,冷卻速率對(duì)高鎳球鐵的凝固組織具有顯著的影響。本文采用數(shù)值模擬方法理論計(jì)算了模數(shù)分別為0.
2、375cm、0.6cm、0.75cm、1.5cm的高鎳球鐵圓柱形試棒的冷卻速率,借助著色腐蝕方法清晰地顯示了高鎳球鐵的凝固組織形貌,定量分析了凝固組織中的球狀石墨、奧氏體枝晶和晶間碳化物的析出數(shù)量及形態(tài)參量等,并測(cè)試了合金的硬度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功等力學(xué)性能,建立了冷卻速率與微觀組織和力學(xué)性能之間的相關(guān)規(guī)律。研究結(jié)果表明:
高鎳球鐵的凝固組織以形態(tài)發(fā)達(dá)的奧氏體樹枝晶為特征,其間分布著球狀石墨及少量碳化物。奧氏體枝晶大致分為兩種類
3、型-初生奧氏體枝晶和奧氏體暈圈枝晶。初生枝晶形態(tài)細(xì)而長(zhǎng),逆熱流方向成簇生長(zhǎng),具有明顯的方向性;暈圈枝晶是從先行析出石墨球暈圈上長(zhǎng)出的樹枝晶,形態(tài)較粗大,排列位向沒(méi)有明顯的方向性。共晶中后期析出的石墨球主要位于枝晶臂。少量碳化物主要分布于晶簇間隙的最后凝固區(qū)域,被奧氏體分割成孤島狀區(qū)域,其中碳化物形態(tài)以不甚規(guī)則的條塊狀為特征。當(dāng)試件模數(shù)從0.375cm增大到1.5cm,合金的冷卻速率從1.58℃/s降低至0.89℃/s,共晶結(jié)晶階段凝固斷
4、面的溫度梯度減小,冷卻曲線上的共晶平臺(tái)減小。隨著合金冷卻速率的增大,高鎳球鐵的凝固組織顯著細(xì)化,石墨球數(shù)量從93個(gè)/mm2增加到167個(gè)/mm2,球徑從51μm減小到29μm;枝晶形態(tài)參數(shù)減小,形態(tài)趨于發(fā)達(dá),枝晶主桿直徑從43μm減小到28μm、二次枝晶臂直徑由47μm減小到17μm,二次枝晶臂間距從38μm減小到16μm;同時(shí),碳化物長(zhǎng)度從109μm減小到90μm,碳化物體積分?jǐn)?shù)從6.5%減少到4.0%。合金的力學(xué)性能隨著冷卻速率的增
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