Nb对缸体用灰铸铁材料组织和性能的影响

摘要

灰铸铁是一种传统的结构材料，具有良好的耐磨性、减震性、导热性、铸造成型性且价格低廉，广泛应用于发动机缸体生产中。灰铸铁最大的缺点是力学性能较差，例如强度低、脆性大等。因此，过去人们对灰铸铁材料的研究主要集中在其力学性能的提高上，常用的方法是孕育处理和添加合金元素。然而近年来，随着缸体用灰铸铁材料力学性能要求的提高，人们发现其加工性能逐渐恶化，在自动车床和流水线上高速切削环境下，频繁的换刀会大大降低生产效率，这一实际生产问题正在引起人们的普遍关注。Nb常作为一种微量元素加入到钢中，以提高其强度和耐磨性。Nb添加到灰铸铁中会对其组织和性能产生怎样的影响，关于这方面的文章并不多见。
　　本文选用相同量的RECaBa孕育剂孕育处理下，研究了不同Nb含量对灰铸铁组织和性能的影响。试验过程采用万能材料试验机、布氏硬度计、显微硬度计分别对灰铸铁试样的抗拉强度、硬度、断面敏感性、组织均匀性等力学性能进行测量；采用动态信号应变仪配合八角环测量切削力的方法来测试灰铸铁的加工性能；采用光学显微镜、扫描电镜和 X射线能谱仪对灰铸铁试样的初生奥氏体枝晶、石墨、共晶团、珠光体、硬质相进行观察和分析，研究了组织和性能的对应关系结果表明，随着Nb含量的增加，灰铸铁中的初生奥氏体枝晶数量增加，枝晶臂间距减小，单位面积上的共晶团数量增加，石墨形貌由粗大的 A型向细小均匀的A型再向弥散分布的D型转变，珠光体数量没有明显变化但其片间距减小。灰铸铁试样的抗拉强度随着Nb含量的增加逐渐提高，与未添加Nb的试样相比，添加0.15％和0.25%的 Nb，试样抗拉强度分别提高28%和41%。随着 Nb含量的增加，灰铸铁硬度逐渐增加，断面敏感性得到改善，表征组织均匀性的显微硬度标准差先减小后增大，添加0.15%Nb灰铸铁表现出最好的组织均匀性。随着Nb含量的增加，灰铸铁试样的切削力呈现逐渐增加的趋势，但不同的Nb含量添加范围加工性能变化规律不同，Nb含量在0%-0.15%范围时，随着 Nb含量的增加，切削力增加较慢，表征其切削稳定性的标准差减小，标准差的减小与其组织均匀性的改善密切相关；Nb含量在0.15%-0.25%范围时，随着 Nb含量的增加，切削力增加较快，标准差也明显增加，标准差的增加与 Nb硬质相的析出有关。RECaBa孕育剂孕育处理下，添加0.15%Nb的灰铸铁材料其石墨为细小均匀的A型石墨，石墨数量较多，抗拉强度达到315MPa，具有良好的断面敏感性和组织均匀性，Nb以固溶的方式存在于灰铸铁基体中，没有出现含Nb硬质相，基体组织均匀，切削稳定性好，表现出良好的加工性能。

目录

第1章 绪论

1.1选题背景

1.2灰铸铁材料力学性能的影响因素

1.3灰铸铁材料加工性能的影响因素

1.4 Nb对钢和铸铁组织和性能的影响

1.5灰铸铁材料加工性能的常用评价方法

1.6本课题的研究目的和内容

第2章 试验材料和方法

2.1试验用灰铸铁试样的制备

2.2试验方法

2.3灰铸铁试样的组织观察

第3章 Nb含量对灰铸铁组织和力学性能的影响

3.1 Nb含量对灰铸铁初生奥氏体枝晶组织的影响

3.2 Nb含量对灰铸铁共晶团组织的影响

3.3 Nb含量对灰铸铁石墨组织的影响

3.4 Nb含量对灰铸铁基体组织的影响

3.5 Nb含量对灰铸铁珠光体片间距的影响

3.6 Nb含量对灰铸铁力学性能的影响

3.7本章小结

第4章 Nb含量对灰铸铁切削加工性能性能的影响

4.1 Nb含量对灰铸铁切削力的影响

4.2 Nb含量对灰铸铁切削稳定性的影响

4.3灰铸铁中析出NbC化合物的热力学计算

4.4本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果