不同处理工艺对等温淬火球墨铸铁组织和性能影响

摘要

本试验针对船用柴油机机体和曲轴用球墨铸铁材料开展了相关研究，通过优质原材料熔炼精炼，包中球化孕育工艺改进，等温热处理技术、浇注工艺的改善和碳氮共渗工艺技术等研究，开发并生产出性能更好、更节约成本的球铁材料，可大幅改善铸铁材料的常温使用性能，保证了良好的综合力学性能，能够很好地满足船用大型柴油机基体对材料强度、韧性和曲轴表面强化后对抗疲劳磨损性能的要求。本文的主要内容及结论如下:
　　(1)选择三种不同球化剂，对获得的球墨铸铁及等温淬火球墨铸铁的球化孕育效果、力学性能等作了对比性研究。结果发现:VNA-60P球化剂可以获得高的球化率，理想的石墨球尺寸，并且分布较为均匀，优化了等温淬火球墨铸铁的组织和性能。
　　(2)通过对QT400-15球铁调整不同的淬火温度(300℃、350℃、380℃)和保温时间(1.5h、2h、2.5 h)，研究淬火工艺参数对材料的性能影响机理。结果发现:350℃×2h可以获得上下贝氏体+残余奥氏体的混合组织，这种针状的组织以及适量的残奥存在，使其具有良好的综合力学性能。
　　(3)采用对砂型模浇注过程施加震动处理、加固冷铁改变凝固冷却速率，研究对比了四种不同浇注方式下铸态球铁和等温淬火球墨铸铁的力学性能的差异。结果发现:试验条件下，冷速越快，获得的等温淬火球铁综合力学性能越好:震动处理能够提高材料的致密性，铸态球铁硬度值较高，但对等温淬火球墨铸铁的力学性能影响不大。
　　(4)球墨铸铁和灰铸铁曲轴试样经调制预处理后，机加工成特殊试样，在570℃保温6小时进行离子碳氮共渗处理，并对共渗前后试样做磨损性能检测。金相组织表明:共渗后试样的表层有明亮层，渗层厚度在120～210μm;磨损性能检测结果表明:共渗后与未共渗试样相比较，基体和表面硬度均有显著提高，耐磨损性能提高约30-50％左右;对比试验证明:球墨铸铁可以获得比灰铸铁更好的耐磨性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 球墨铸铁概论

1．1．1 球墨铸铁的产生与发展

1．1．2 球化及孕育处理

1．1．3 凝固及固态相变

1．2 等温淬火球墨铸铁(ADI)的研究和发展动态

1．2．1 等温淬火球铁的产生及发展

1．2．2 等温淬火球墨铸铁的应用

1．2．3 主要化学元素对ADI的影响

1．2．4 ADI等温转变特点

1．2．5 固溶处理特点

1．2．6 淬火介质的选择

1．2．7 等温转变组织

1．2．8 残余奥氏体含量及铁素体晶粒尺寸计算

1．3 碳氮共渗技术的发展

1．3．1 离子碳氮共渗技术概述

1．3．2 离子碳氮共渗技术在铸铁方面的新动态

1．4 选题背景及意义

1．5 主要研究开发内容

2 试验设备与方法

2．1 试验方法

2．2 试验过程用设备

2．3 组织检测设备

2．4 性能检测设备

3 不同球化剂对ADI组织和性能的影响

3．1 试样制备

3．2 试验方法

3．3 试验结果与分析

3．3．1 铸态微观组织

3．3．2 等温淬火显微组织

3．3．3 力学性能

3．4 本章小结

4 淬火工艺参数对ADI组织和性能的影响

4．1 试验材料与方法

4．2 等温淬火显微组织

4．3 等温淬火参数对残余奥氏体含量的影响

4．4 等温淬火温度对性能的影响

4．4．1 等温淬火温度对组织的影响

4．4．2 等温淬火温度对力学性能的影响

4．5 等温淬火时间对性能的影响

4．5．1 等温淬火时间对组织的影响

4．5．2 等温淬火时间对力学性能的影响

4．6 本章小结

5 震动、冷却速率对ADI组织和性能的影响

5．1 试样制备

5．2 试验方法

5．3 试验结果及分析

5．3．1 铸态微观组织

5．3．2 等温淬火显微组织

5．3．3 力学性能

5．4 本章小结

6 球墨铸铁曲轴、灰铁曲轴碳氮共渗表面强化及对磨损性能的影响

6．1 试样制备

6．2 试验设备

6．3 试验过程及结果

6．3．1 离子碳氮共渗

6．3．2 调质处理后的金相组织

6．3．3 离子碳氮共渗后的金相照片

6．3．4 共渗表层的物相组成

6．3．5 显微硬度及渗层厚度测定

6．3．6 碳氮共渗试样的耐磨损性能研究

6．4 本章小结

7 结论

参考文献

附录1

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢