热浸镀铝球墨铸铁的耐蚀性能和力学性能研究

摘要

虽然具有良好的减震性、相对低廉的生产成本、优良的综合力学性能和加工性能等特点，球墨铸铁在大气、海水、土壤等服役环境下的耐蚀性能较差。而热浸镀铝技术可以提高钢铁制件抗高温氧化和耐蚀性能，在石油、化工、冶金、机械装备等领域获得了广泛应用。
　　本文研究了不同浸镀介质对热浸镀铝球墨铸铁的合金层演变规律、耐腐蚀性能和机械性能的影响，分析了热浸镀铝球墨铸铁的腐蚀机理和断裂失效机理。
　　表面镀层主要由Al层和Fe-Al合金层组成，合金层生长过程由反应扩散机理控制，且近似遵循抛物线规律。浸镀介质为纯Al和Al-1.0RE时，合金镀层较厚，合金层/基体界面不规则，呈舌状分叉;浸镀介质为Al-3.6Si和Al-3.7Si-1.0RE时，合金镀层较薄，合金层/基体界面相对平整。
　　热浸镀铝球墨铸铁在NaCl溶液中的腐蚀过程由四个阶段构成:钝化膜的形成、腐蚀坑的萌生、腐蚀坑的长大以及钝化膜的破坏。浸镀液中加入稀土可以净化铝液，减少钝化膜上的缺陷，阻止腐蚀坑的萌生，提高热浸镀铝球墨铸铁在NaCl溶液中的耐腐蚀性。
　　当渗铝试样厚度为5mm时，Al和Al-1.0RE中浸镀试样的强度和塑性显著降低，Al-3.6Si和Al-3.7Si-1.0RE中浸镀试样的强度和塑性与铁素体基球墨铸铁相近;当渗铝试样厚度为1mm时，热浸镀铝球墨铸铁的强度和塑性出现不同程度降低。
　　当合金层较厚且合金层/基体界面不规则时，合金层率先产生主裂纹，裂纹前端与石墨球之间铁素体中由于应力集中产生微裂纹，随后微裂纹密度增加导致主裂纹扩展和铁素体撕裂。当合金层较薄且合金层/基体界面平整时，合金层中产生连续裂纹并与基体部分脱开，而后的断裂机理与球墨铸铁基体相似。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 球墨铸铁

1．2．1 球墨铸铁的微观组织与力学性能

1．2．2 球墨铸铁的耐腐蚀性能和防护

1．3 热浸镀铝技术

1．3．1 热浸镀铝技术的定义与分类

1．3．2 热浸镀铝合金层的生长机理

1．3．3 热浸镀铝工件的性能

1．4 浸镀液中不同元素对热浸镀铝合金层及性能的影响

1．5 热浸镀铝技术的发展趋势

1．6 论文研究的目的及主要内容

第2章 实验材料及研究方法

2．1 实验材料

2．2 热浸镀铝工艺过程

2．3 微观组织观察及分析

2．3．1 金相组织

2．3．2 物相分析

2．4 腐蚀性能及形貌

2．5 力学性能及断口形貌

2．6 原位三点弯曲研究

2．7 有限元分析

第3章 热浸镀铝球墨铸铁的组织及合金层演变规律

3．1 热浸镀铝球墨铸铁镀层组织分析

3．2 热浸镀铝球墨铸铁基体组织

3．3 合金层演变规律研究

3．4 本章小结

第4章 镀液对热浸镀铝球墨铸铁耐蚀性能的影响

4．1 极化曲线

4．2 浸泡失重

4．3 腐蚀形貌

4．4 热浸镀铝球墨铸铁腐蚀机理

4．5 本章小结

第5章 镀液对热浸镀铝球墨铸铁力学性能的影响

5．1 显微维氏硬度

5．2 夏比冲击试验

5．2．1 夏比冲击吸收功

5．2．2 冲击断口形貌

5．3 片状试样拉伸试验

5．3．1 5mm厚片状试样的拉伸性能

5．3．2 1mm厚片状试样的拉伸性能

5．3．3 拉伸断口形貌

5．4 弯曲试验原位观察

5．4．1 铁素体基球墨铸铁三点弯曲

5．4．2 热浸镀铝球墨铸铁三点弯曲(浸镀液为Al)

5．4．3 热浸镀铝球墨铸铁三点弯曲(浸镀液为Al-3．7Si-1．0RE)

5．5 热浸镀铝球墨铸铁失效机理

5．6 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