硅固溶强化铁素体球墨铸铁组织及性能研究

摘要

硅固溶强化铁素体球墨铸铁是利用硅元素的石墨化、铁素体化及固溶强化作用所制备的全铁素体铸态球墨铸铁。其基体组织为高固溶态铁素体，综合力学性能好、屈强比高，可实现球墨铸铁件的轻量化；硬度均匀，机加工性能优异；无需热处理，降低了能耗及生产成本。
　　本论文在保持共晶碳当量的前提下，通过调节硅、碳含量设计化学成分，采用合成铸铁工艺制备硅固溶强化铸态铁素体球墨铸铁，使用金相显微镜、扫描电子显微镜、布氏硬度计、X射线衍射仪等仪器对其组织、力学性能、耐腐蚀性能及抗氧化性能的变化规律进行了研究，并分析了其变化机理。
　　研究结果表明：硅含量为3.73~4.48wt.％时，硅固溶强化铁素体球墨铸铁的基体组织为纯铁素体，硅元素在基体组织中均匀分布。且随着硅含量的增加，铁素体晶粒尺寸逐渐减小。硅含量为3.60~4.48wt.%时，硅固溶强化铁素体球墨铸铁球化等级为2~3级，石墨尺寸为6级。随着硅含量的增加，石墨数量基本保持不变，尺寸有所减小。
　　随着硅含量的增加，硅固溶强化铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度及布氏硬度逐渐增大，常温冲击功逐渐降低，韧脆转变温度逐渐提高。其抗拉强度为571.0MPa~684.3MPa，屈服强度为442.6MPa~577.6MPa，布氏硬度为190HBW~232HBW，且布氏硬度随铸件壁厚的增加波动较小，仅为10HBW。随着硅含量的增加，伸长率呈现先升高后降低的趋势，硅含量为3.93wt.%时最高，为23.2%。
　　硅固溶强化铁素体球墨铸铁的耐腐蚀性能随着硅含量的增加逐渐增强，硅含量为3.60wt.%时，腐蚀速率为0.0232g·m-2·h-1，耐腐蚀性约为混合基体球墨铸铁的2倍；硅含量为4.48wt.%时，腐蚀速率为0.0033g·m-2·h-1，耐腐蚀性约为混合基体球墨铸铁的13.4倍。
　　硅固溶强化铁素体球墨铸铁的氧化速率随着硅含量的增加逐渐降低，抗氧化性能逐渐增强。硅含量为3.60wt.%时，氧化速率为0.330g·m-2·h-1；硅含量为4.48wt.%时，氧化速率为0.188g·m-2·h-1，抗氧化性能为混合基体球墨铸铁的9.22倍。
　　综上所述，硅含量在3.73wt.%~4.25wt.%时，硅固溶强化铁素体球墨铸铁的基体组织为单一铁素体，石墨球化等级为2~3级，尺寸为6级，抗拉强度、屈服强度、伸长率可分别达到571.7MPa~632.7MPa、457.0MPa~532.7MPa和18.2%~23.2%，综合力学性能较好，硬度分布均匀，加工性能好，且抗氧化性能及耐腐蚀性能均较混合基体球墨铸铁显著提高。

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1引言

1.1 球墨铸铁的起源及发展现状

1.2铁素体球墨铸铁

1.3硅固溶强化铁素体球墨铸铁的起源及研究现状

1.4课题的研究内容及创新点

1.5 技术路线

2试验过程及方法

2.1化学成分设计

2.2原材料选择及试样制备

2.3性能测试

2.4参比试样的制备

3 硅固溶强化铁素体球墨铸铁组织及力学性能研究

3.1化学成分检测结果

3.2硅对组织的影响

3.3 硅对力学性能的影响

3.4冲击韧性分析

3.5本章小结

4硅固溶强化铁素体球墨铸铁耐腐蚀性能研究

4.1 硅对电化学腐蚀性能影响

4.2硅对全浸腐蚀性能影响

4.3本章小结

5硅固溶强化铁素体球墨铸铁抗氧化性能研究

5.1硅对氧化膜形貌影响

5.2硅对抗氧化性能的影响

5.3本章小结

6 结论

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果

致谢