半固态高铬铸铁组织及性能研究

摘要

金属半固态成形技术是上世纪70年代开始兴起的一门新兴的成形技术。随着人们对半固态成形技术认识的加深及对其成形规律的研究。半固态成形技术在轻金属低熔点合金中得到了很好的商业应用，然而对高熔点的钢铁材料半固态成形工艺的研究尚处于起步阶段。本文以高熔点的高铬铸铁为研究对象，采用电磁搅拌的方法制备了半固态高铬铸铁坯料，研究了半固态成形制备的坯料和铸态高铬铸铁微观组织、力学性能，探索出一种制备高性能半固态高铬铸铁坯料的工方法，为高铬铸铁半固态成形技术的进一步发展提供理论和试验基础，加快半固态成形技术在高熔点材料领域的商业应用。
　　 试验中班搅拌时间和影响电磁搅拌程度主要因素的电压作为处理工艺参数变量，采用对比试验的方法，分别设置了输入电压为160v、180v、200v，搅拌时间为75s、90s、120s，研究了工艺参数对高铬铸铁组织性能的影响。试验结果表明：使用电磁搅拌制备高铬铸铁半固态坯料组织是有效的，可行的；高铬铸铁初生奥氏体由传统铸态下的粗大树枝晶转变为蔷薇状及近球状；平均等效直径大幅度下降，平均等效直径为49.9μm，最高下降幅度为67.6％，晶粒细化效果极其明显，细化程度及分布都比较均匀；形状因子也有了大幅度的提升，平均形状因子为0.709，最大提高幅度为83.2％，晶粒趋于椭圆、近球状；在同一输入电压下，初生奥氏体晶粒等效直径隧着搅拌时间的增加在不断减小，其形状因子在不断上升，当搅拌时间达到某一数值后，其等效直径和形状因子趋于稳定；在不同输入电压下，初生奥氏体的等效直径随着输入电压的升高先降低而后略微上丹，形状因子不断的提升后略微下降，表明输入电压并非越高越好，当其达到一定数值后，高铬铸铁组织变化趋予稳定，电磁搅拌对高铬铸铁组织影响力下降；半同态高铬铸铁试样的力学性能也有了大幅度提高，同一输入电压下，半固态赢铬铸铁试样硬度随搅拌时间先升后降，韧性变化小大，在同一搅拌时间下，半固态高铬铸铁试样也有类似的变化趋势；磁场对高铬铸铁凝固曲线有散热、加热两个方面的影响，随着输入电压的不同，返两方面影响的主导地位不同，就得到不同的凝固曲线。
　　 本文还研究了经同一热处理工艺处理后组织性能。结果表明，经过电磁搅拌处理后试样的组织其残余奥氏体及马氏体组织更为明显，其中马氏体较为细小，二次碳化物分布弥散；材料性能有较大提高，未经热处理的半固态高铬铸铁试样较常规铸造试样及其热处理后的性能都有提高。因此，在同等条件下，获得同样性能的高铬铸铁试样，半固态成形方法可以省去热处理工艺，减少工业生产中的工序和生产成本，有很大的商业应用价值。
　　 在本试验中，确定了使用电磁搅拌方法制备半固态高铬铸铁的最佳工艺参数，即输入电压为180v，搅拌时间在90s左右，为高铬铸铁的半固态成形技术的进一步研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 金属半固态成形技术概述

1.1.1 金属半固态成形技术

1.1.2 金属半固态成形技术的主要特点

1.1.3 金属半固态成形的工艺

1.1.4 半固态合金浆料制备方法

1.1.5 金属半固态成形技术的应用及发展

1.2 高铬铸铁

1.2.1 高铬铸铁的显微组织

1.2.2 合金元素在高铬铸铁中的作用

1.2.3 高铬铸铁的发展、存在的问题及展望

1.3 高熔点金属半固态成形现状及展望

1.4 课题意义及研究内容

1.4.1 课题意义

1.4.2 研究内容

第二章 理论分析

2.1 液态会属凝固组织的形成

2.1.1 液态金属的凝固

2.1.2 半固态成形技术原理[37]

2.1.3 半固态合会组织形成机制

2.2 电磁搅拌的工作原理

2.2.1 电磁搅拌的基本特征

2.2.2 旋转磁场的产生

2.3 电磁搅拌对凝固组织及性能的影响

2.3.1 对宏观凝固组织的影响

2.3.2 对显微组织的影响

2.3.3 对机械性能的影响

2.4 本章小结

第三章 试验设备与试骏方法

3.1 实验设备

3.1.1 熔炼设备

3.1.2 电磁搅拌装置

3.1.3 铸型的选择

3.1.4 测温装置及测温程序

3.2 试验材料及熔炼工艺

3.2.1 试验材料

3.2.2 高铬铸铁熔炼工艺

3.2.3 工艺流程图

3.3 试验方法

3.3.1 金相试样的制备

3.3.2 组织分析方法

3.4 本章小结

第四章 电磁搅拌工艺对半固态高铬铸铁组织的影响

4.1 引言

4.2 试验方法

4.3 试验结果及分析

4.3.1 输入电压对半固态高铬铸铁的影响

4.3.2 电磁搅拌时间对半固态高铬铸铁的影响

4.3.3 电磁搅拌对高铬铸铁凝固曲线的影响

4.4 本章小结

第五章 半固态成形高铬铸铁力学性能研究

5.1 高铬铸铁的冲击韧性

5.1.1 冲击韧度实验

5.1.2 试样冲击韧度实验结果及分析

5.2 高铬铸铁的硬度

5.3 本章小结

第六章 同一热处理条件下的性能分析

6.1 引言

6.1.1 铸件原始组织对热处理的影响

6.1.2 加执

6.1.3 奥氏体化温度

6.1.4 保温时间

6.1.5 淬火

6.1.6 回火

6.2 热处理方法

6.3 试验结果及分析

6.4 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录