铸态高强度高韧塑性球墨铸铁的工艺研究

摘要

球墨铸铁作为重要的金属结构材料具有优良的机械性能，一定程度上可与钢媲美，且比钢成本低廉，因此在轨道交通制造、船舶重工、风电装备等领域应用较为广泛。由于上述领域的各类设备大部分工作环境恶劣，有些需要在寒冷或者腐蚀严重的条件下经受频繁的外力冲击，这就对球墨铸铁的韧性和强度同时提出了更高的要求。以牌号QT400-18为代表的高强度高韧性球墨铸铁因其在强度和韧性平衡方面的优越性，成为众多船用柴油机的机体和缸盖等关键铸件的材质选择，在实际生产中，大部分企业都依靠Si或者合金元素的固溶强化+高温石墨化退火实现球墨铸铁铸件兼具强度和韧性。
　　本研究在P6型柴油机机体的生产过程中实施，采用两台5t中频感应电炉联合熔化，选用本溪高纯生铁和优质碳素结构钢为主要炉料，通过夹层覆盖冲入法球化处理和多次孕育方式结合多次孕育技术，得到了铸态组织为铁素体+少量珠光体+球状石墨+极少量硬化相的QT400-18高强度高韧性球墨铸铁机体。在此基础上分别试验了三种不同位置的附铸试块的力学性能和金相组织，通过对比分析，发现在铸件端面平台处的位置（铸型的下表面）冷却条件与铸件一致，且内部组织致密，无疏松和夹渣缺陷，各项性能指标稳定。继而采用该试块位置，又分别研究了不同硅含量（Si1.8％，2.0％，2.2％，2.6％）和不同铜含量(Cu0.05％，0.10％，0.16％，0.25％)对附铸试块性能和组织的影响。试验表明，当硅含量为1.8％时其铁素体含量最低，强度和硬度最低，而23℃时冲击值最高;当铜含量为0.25％时其珠光体含量最高，强度和硬度也最高，而23℃时冲击值最低。依据该结果，将1.8％Si+0.2％ Cu的方案应用于P6型柴油机机体的批量生产，铸件合格，经济效益显著。位置①的6个试块铸态下珠光体含量在2％-10％，抗拉强度390MPa-410 MPa，屈服强度253MPa-266 MPa，伸长率20％-28％，布氏硬度140-150HBW，常温下冲击功平均值14J-16J，符合技术要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 球墨铸铁概述

1．1．2 球墨铸铁的石墨球化理论

1．1．3 球墨铸铁的孕育和球化处理

1．2 球墨铸铁强度和韧塑性的影响因素

1．2．1 化学成分

1．2．2 基体组织

1．2．3 石墨形态

1．2．4 冷却速度

1．2．5 热处理工艺

1．3 高强度高韧性球墨铸铁的研究现状

1．4 本课题的提出和研究意义

1．5 本课题的研究内容和目标

1．6 本课题的技术路线

2 试验方案及实施过程

2．1 化学成分设计及原材料的优选

2．1．1 化学成分的设计

2．1．2 原材料的优选

2．2 柴油机机体的生产

2．2．1 铸型制备(设计附铸试块的位置)

2．2．2 熔炼及浇注工艺

2．2．3 球化及孕育处理

2．2．4 热处理

2．3 理化检测

2．3．1 拉伸试验

2．3．2 布氏硬度试验

2．3．3 冲击韧性试验

2．3．4 金相组织检测

3 试块位置(冷却速度和内部质量)对机体组织和性能的影响

3．1 方案中各个位置的试块的组织和性能

3．2 本章小结

4．硅对球墨铸铁强度和韧塑性的影响

4．1 硅对金相组织的影响

4．1．1 硅对石墨形态的影响

4．2．2 硅对基体组织的影响

4．2 硅对力学性能的影响

4．2．1 硅对强度和伸长的影响

4．2．2 硅对硬度的影响

4．2．3 硅对冲击韧性的影响

5 铜对球墨铸铁强度和韧塑性的影响

5．1 铜对基体组织的影响

5．2 铜对力学性能的影响

5．2．1 铜对强度和伸长的影响

5．2．2 铜对硬度的影响

5．2．3 铜对冲击韧性的影响

6 实际生产应用及效果

6．1 在柴油机机体铸件实际生产的应用

6．2 经济效益

结论

参考文献

致谢