机械振动对半固态凝固过共晶高铬铸铁组织与性能的影响

摘要

高铬铸铁作为优良的耐磨材料之一，适用于各种磨料、磨损的工况中，广泛应用于机械、冶金、采矿及矿产品加工等行业。这是因为其具有较好的抗磨性和良好的韧性，但目前对高铬铸铁的大部分研究还只是局限在亚共晶或共晶的范围内。与具有优良性能的亚共晶或共晶高铬铸铁相比，过共晶高铬铸铁中碳和铬的含量均显著增加，生成的碳化物相对较多，可有效提高高铬铸铁的硬度。但是，当碳化物数量增加到一定程度时，在高铬铸铁中形成的初生碳化物形状就会更为粗大，从而使高铬铸铁的韧性急剧下降。如果能改变一次初生碳化物的形态，提高过共晶高铬铸铁在工况中的冲击韧性，就会显著提高高铬铸铁的耐磨性，这对提高材料的耐磨性有着重要的意义。
　　针对过共晶高铬铸铁存在的实际问题，本文采用振动结晶和半凝固态冷却斜板两种工艺方法分别进行研究，通过成分、浇注温度以及振动频率的不断变化，寻找出一组综合力学性能最为优良的过共晶高铬铸铁。
　　研究结果表明：随着碳含量的增加，高铬铸铁中碳化物的形状逐渐变得粗大，冲击韧性不断降低，硬度随之升高。在浇注过程中施加不同的振动频率时，过共晶高铬铸铁的初生碳化物明显细化，当振动频率在20Hz时，试样的综合力学性能最佳，继续加大频率，碳化物不再明显细化。通过控制不同的浇注温度对高铬铸铁凝固组织的影响进行分析研究，降低浇注温度可有效细化碳化物晶粒，并使其冲击韧性随着浇注温度的降低先升高，而后略有下降，硬度为HRC60-64。当浇注温度在1400℃是获得的组织最为均匀、性能最佳。
　　通过普通铸造，半固态冷却斜板和振动处理三种工艺方法对比可以发现，普通浇注方法制备的试样组织较为粗大，性能较差。与普通浇注方法制备的试样相比半固态冷却斜板法可在保证过共晶高铬铸铁硬度的同时提高其冲击韧性，同时施加一定的振动频率，优化效果更为明显，冲击韧性可提高60％。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第1章 绪论

1.1 高铬铸铁

1.2 铸造凝固细晶的方法

1.3 振动细晶技术

1.4 半固态铸造成型技术的概述

1.5 本课题目的意义、研究内容及技术路线

第2章 材料及实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置

2.3 高铬铸铁的熔炼及试样的制备

2.4 热处理工艺

2.5 分析及测试方法

第3章 振动对碳化物形态及力学性能的影响

3.1 成分分析结果

3.2 含碳量对高铬铸铁力学性能的影响

3.3 振动频率对高铬铸铁中碳化物形状及力学性能的影响

3.4 振动对高铬铸铁中碳化物破断行为的力学分析

3.5 浇注温度对高铬铸铁中碳化物尺寸的影响

3.6 本章小结

第4章 半固态冷却斜板对初生碳化物形态及力学性能的研究

4.1 引言

4.2 冷却速度对半固态过共晶高铬铸铁初生碳化物的影响

4.3 冷却速度对半固态过共晶高铬铸铁力学性能的影响

4.4 浇注工艺对过共晶高铬铸铁微观组织的影响

4.5 耐磨性分析

4.6 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术成果