铁素体球墨铸铁断裂机理及疲劳性能研究

摘要

本文系统研究了珠光体含量对铁素体球墨铸铁的显微组织、室温拉伸性能和疲劳性能的影响，并对铸态珠光体-铁素体混合基球墨铸铁及铁素体球墨铸铁进行单向拉伸观察测试，分析珠光体含量及铸造缺陷对球墨铸铁裂纹萌生微观机理的影响。
　　对不同珠光体含量的球墨铸铁进行拉伸性能测试，分析珠光体含量对球墨铸铁抗拉强度、0.2％屈服强度和延伸率的影响。
　　对铸态珠光体-铁素体混合基球墨铸铁进行单向拉伸观察测试，研究发现在塑性变形阶段，裂纹主要萌生在石墨球和铁素体基体界面上，主要表现为石墨球与铁素体基体发生剥离形成微孔，这是因为石墨球和铁素体的变形不一致造成的;裂纹也可能萌生在石墨球与珠光体组织界面上，但是这种情况较少，最后石墨球通过微孔结合形成更大的裂纹，导致最终破坏。
　　对于铁素体基球墨铸铁，在塑性变形阶段，裂纹萌生在石墨球和铁素体基体界面上，主要表现为石墨球与铁索体基体发生剥离形成微孔，同时伴随着铁素体基体的塑性变形，而且只有当产生较大的变形时，铁素体基体的塑性变形才变得明显。缺陷会造成局部应力集中，缺陷附近的石墨球最先与铁素体组织发生剥离形成微孔，因此缺陷只是加速裂纹的萌生与扩展。
　　对不同珠光体含量的球墨铸铁进行应力比为0.1的拉拉疲劳性能测试，结果表明:珠光体含量40％、10％、5％的球墨铸铁疲劳极限分别为305.00MPa、276.67MPa和269.00MPa，经Goodman公式换算得到珠光体含量40％、10％、5％球墨铸铁的对称拉压疲劳极限分别为193.78MPa、194.09MPa和191.49MPa。
　　对球墨铸铁疲劳断口进行SEM分析，研究表明河流花样主要源于石墨球，河流花样的方向遇到石墨球会发生明显的变化，也即球墨铸铁的解理裂纹在扩展过程中遇到石墨球后会发生明显改变，进而降低疲劳裂纹扩展速率。
　　对于珠光体-铁素体混合基球墨铸铁和铁素体基球墨铸铁，疲劳裂纹主要萌生于试样边缘的缩孔和夹杂缺陷，其疲劳断裂微观机理为微孔聚集断裂，微孔主要为试样边缘的缩孔或者由夹杂物与石墨球、基体界面剥离而形成，因此珠光体-铁素体混合基球墨铸铁和铁素体基体球墨铸铁的疲劳失效均为韧性断裂。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 球墨铸铁简介

1．2．1 球墨铸铁的发展

1．2．2 球墨铸铁的应用

1．3 球墨铸铁的显微组织及疲劳性能

1．3．1 球墨铸铁的显微组织

1．3．2 球墨铸铁的疲劳性能

1．4 疲劳裂纹的萌生与扩展及其微观机理

1．4．1 疲劳裂纹萌生过程及机理

1．4．2 疲劳裂纹扩展过程及机理

1．5 本论文的主要研究内容

第2章 实验内容及测试方法

2．1 实验内容

2．1．1 样品制备

2．1．2 热处理工艺

2．2 测试方法

2．2．1 拉伸性能测试

2．2．2 单向拉伸显微观察

2．2．3 拉拉疲劳性能测试

2．2．4 显微组织及断口形貌观察

第3章 铁素体球墨铸铁的显微组织及拉伸性能

3．1 不同珠光体含量球墨铸铁显微组织

3．2 室温拉伸性能

3．3 室温单向拉伸显微观察

3．3．1 珠光体-铁素体混合基球墨铸铁

3．3．2 含10％珠光体的铁素体基球墨铸铁

3．3．3 含缺陷铁素体基球墨铸铁

3．4 球墨铸铁的微观断裂机理

3．5 本章小结

第4章 铁素体球墨铸铁的疲劳性能

4．1 疲劳性能测试结果

4．1．1 疲劳极限

4．1．2 疲劳强度-寿命曲线

4．1．3 修正的Goodman疲劳极限图

4．2 疲劳断口分析

4．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果