Sn对蠕墨铸铁组织与抗热疲劳性能的影响

研究了Sn含量对汽车制动鼓用蠕墨铸铁中蠕墨数量、形态、基体组织以及抗热疲劳性能的影响规律。结果表明,Sn可以明显改变蠕铁中的珠光体含量,对蠕化率无明显影响,可以改变蠕铁热疲劳性能。Sn含量为0.06%(质量分数,下同)时,珠光体含量最高为95%,片层间距为0.07μm。Sn含量增加时,石墨轴比率逐渐上升,石墨变得细长且分叉增多。在20~600℃循环条件下,含0.06%Sn时蠕铁的热疲劳裂纹长度最短,抗热疲劳性能最好。     

高强度高弹性模量低应力铸态球墨铸铁的研究

添加不同含量的合金元素Mn和Cu浇注球墨铸铁Y型试块和应力框铸件,通过拉伸试验和金相检验研究了Mn和Cu对铸态球墨铸铁组织和性能的影响,采用盲孔法测量铸件的残余应力。结果表明:球墨铸铁中单独加入锰元素难以同时达到高强度和高弹性模量;球铁中添加适量的Cu元素能显著促进珠光体生成并减小珠光体层片间距、提高其抗拉强度和弹性模量;1.0%Mn-0.5%Cu复合处理的球墨铸铁的基体组织完全珠光体化,抗拉强度和弹性模量分别达到740 MPa和182 GPa,其残余应力随碳当量的增加而降低,碳当量为4.6时最大残余压应力和拉应力分别为-76.9MPa和53.7 MPa,同时达到了高强度、高弹性模量、低应力的要求。     

汽车发动机曲轴用高性能球墨铸铁显微组织与力学性能研究

采用Cu、Mn、Sn复合强化工艺,生产了高强度珠光体球墨铸铁曲轴。控制Sn含量0.022%~0.028%,研究了Cu、Mn合金元素含量对球墨铸铁组织与力学性能影响。使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等显微分析手段观察了铸态曲轴材质的显微组织与断口形貌。研究结果表明:Mn加入量0.2%~0.45%,Cu添加量0.85%~1.15%范围内,球铁曲轴抗拉强度超过820 MPa,伸长率达4%~5.7%,达到了QT820-3的性能要求;加入0.3%Mn、1.15%Cu时,球墨铸铁达最高抗拉强度930 MPa,伸长率达4.6%。Cu、Mn、Sn富集在基体组织中,能促进珠光体形成并细化片层间距,有利于高性能珠光体球墨铸铁力学性能进一步提升。     

铜对铸态球墨铸铁弹性模量的影响

为了提高机床用球墨铸铁件的弹性模量,采用树脂砂铸造工艺,加入不同含量的铜元素(0~1.1%)制备球墨铸铁单铸Y型试块,通过拉伸试验、硬度试验、光学显微镜和扫描电镜研究了铜元素对铸态球墨铸铁显微组织和弹性模量的影响。结果表明,添加不同含量铜元素的球墨铸铁的弹性模量为164~177 GPa,随铜含量增加,弹性模量持续升高并趋于稳定,含0.9%Cu球墨铸铁的弹性模量较高,为176.7 GPa;铜元素通过影响球墨铸铁的珠光体而影响其弹性模量,铜能显著促进珠光体形成并减小珠光体层片间距,有利于提高球墨铸铁的弹性模量;含0.5%~0.9%Cu的球墨铸铁有良好的球化效果、较高的珠光体含量、高的抗拉强度、硬度和弹性模量,其力学性能达到QT600-3的指标要求。     

不同基体组织的蠕墨铸铁热疲劳性能的研究

采用板状带V型缺口的试样，研究了蠕墨铸铁的基体组织对其热疲劳性能的影响。结果表明，当热循环温度的上限超过珠光体相组织变化温度时，蠕墨铸铁的热疲劳性能随基体组织中珠光体量的增加而下降；相反，当热循环温度的上限低于珠光体相组织变化温度时，稳定的珠光体组织可以有效地阻止热疲劳裂纹的扩展，蠕墨铸铁的热疲劳性能会随基体组织中珠光体量的增加而增强。     

稀土Ce元素对过共析钢非金属夹杂物及组织性能的影响

为研究稀土元素对过共析钢非金属夹杂物和显微组织的作用机理,在过共析钢中添加了少量的稀土Ce元素,通过冶炼控制O、S含量,保证了稀土Ce元素在钢中的收得率,研究了稀土Ce元素对过共析钢拉伸性能、非金属夹杂物、珠光体片层间距等的影响。结果表明：与稀土Ce元素结合的非金属夹杂物尺寸约为5μm,加入少量稀土Ce元素可以使氧化物类夹杂物形貌发生变化;消除过冷度对珠光体片层间距的影响后,稀土Ce元素可以使过共析钢的抗拉强度提高19 MPa,面缩率降低2%;添加与未添加稀土Ce元素的过共析钢盘条性能不同,主要与珠光体片层间距的大小和均匀性有关,稀土Ce元素的添加可以细化、均匀珠光体片层间距,提高过共析钢盘条的同圈性能均匀性。     

铸态蠕墨铸铁的热疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

研究了在600~20℃热疲劳试验条件下,铸态蠕墨铸铁热疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明:基体组织的强度、热稳定性以及石墨形态能影响热疲劳裂纹的萌生和扩展。主裂纹的扩展是从人工缺口出发,避开珠光体区域,穿过铁素体区域。裂纹沿着蠕虫状石墨与基体组织的边界或铁素体-珠光体晶界前进。随着热疲劳次数的增加,珠光体中的渗碳体分解,强度下降,裂纹扩展速度加快。     

新型铸态高强度珠光体球墨铸铁的研究

采用Cu、Sb合金化元素和余温正火工艺获得铸态高强度和具有良好韧性的珠光体球墨铸铁.该铸铁的珠光体含量≥94%,渗碳体≤6%,抗拉强度可达800MPa,硬度为280～350HBW,伸长率为3%～5%.利用扫描电镜及透射电镜对珠光体组织形态进行分析,结果表明,铸态珠光体中渗碳体的层片间距大小、宽窄、厚薄有很大的差别.当加入0.5%Cu、0.02%Sb时,由于合金元素在相界面上富集,阻止了牛眼状铁素体的出现.     

铬对高蠕化率中硅钼蠕铁组织和高温抗拉强度的影响

高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁在急冷条件下的耐热疲劳性能优良,但高温抗拉强度较低,通过在高蠕化率中硅钼蠕铁中添加铬,研究铬对高蠕化率中硅钼蠕墨铸铁的高温抗拉强度的影响。研究结果表明,随铬加量的增加,导致珠光体和碳化物的含量增加,使基体在共析转变过程中析出的石墨量减少,导致基体中蠕虫状石墨量减少,在800℃条件下的抗拉强度得到明显的提升。含铬量0.71%的中硅钼蠕铁抗拉强度比不含铬的普通中硅钼蠕铁提升了12%。铬含量的增加,使铬在铁液凝固过程中形成的偏析量增加,促进碳化物形成,同时在碳化物周围铬的富集区增加,珠光体和碳化物并存出现。     

Cu-Mo蠕铁热疲劳性能研究

采用升降法计算350℃和500℃时Cu-Mo蠕铁的疲劳极限,绘制S-N曲线,分析350℃和500℃时Cu-Mo蠕铁疲劳性能的差异。使用扫描电镜分析热疲劳断口形貌,探讨Cu-Mo蠕铁的热疲劳失效机理。结果表明:当温度从350℃升至500℃时,Cu-Mo蠕铁的疲劳极限从143.5 MPa降至127.5 MPa;当Cu-Mo蠕铁热疲劳失效出现时,疲劳裂纹主要从夹杂物与基体的界面萌生,疲劳裂纹主要沿石墨扩展,主要疲劳断裂方式是解理断裂。     

Ti和截面尺寸对蠕墨铸铁力学性能和显微组织的影响

在球墨铸铁中Ti是一种反球化元素同时也是碳化物形成元素，另一方面增加铸件的尺寸可以有效降低冷却速度，作用与Ti的白口倾向相反，本研究的目的就是研究这两种因素在改善蠕墨铸铁生产中的复合效果，同时也研究了铸件壁厚对基体组织的影响，试验发现，当铸件壁厚在30mm，65mm和80mm变化时，不管有没有添加Ti，蠕化率都会增加，而珠光体含量下降，但是添加Ti(加入量为0.15%），可以有效促进蠕墨铸铁的形成，使蠕化率增加10%，同时增加了基体组织中珠光体的含量，这一结果是在30mm的铸件上测得的，添加Ti的蠕墨铸铁布氏硬度，伸长率，冲击韧度都有所下降，这可能是由于蠕化率越高，裂纹越容易扩展，与非合金化的铸铁相比，无论是哪种壁厚的铸件，断裂韧度都随着强度增加，这是由于基体组织中珠光体含量增加的效果超过了蠕化率增加造成的强度下降。     

热处理工艺对RuT300蠕墨铸铁力学性能与导热性能的影响

对Ru T300蠕墨铸铁合金进行了900℃、950℃、1000℃正火处理,并对1000℃加热处理的试样进行不同冷却处理(炉冷,空冷,风冷和喷水雾冷)。与铸态合金相比,热处理后的Ru T300蠕墨铸铁合金中珠光体含量随奥氏体化加热温度提高而增高。并且随着奥氏体化后冷却速度的增大,珠光体含量逐渐增高,最高可达77.6%,较铸态组织增加了50%,珠光体层片间距逐渐减小,最小间距约为0.2μm,较铸态珠光体减小了0.4μm,抗拉强度和布氏硬度分别提高了25%和73%,但导热性能下降20%~30%。热处理后蠕虫状石墨数量和尺寸有所减小(1000℃),石墨与基体结合部位会出现开裂、脱粘现象,导致传热受阻,导热率下降。     

蠕化率对蠕墨铸铁高周疲劳性能的影响

对不同蠕化率的蠕墨铸铁进行了室温轴向拉压的疲劳试验,对显微组织进行了观察,对拉伸性能进行了测试,研究了高周疲劳性能及疲劳断裂机理研究了。结果表明,随着蠕化率的升高,蠕墨铸铁的抗拉强度和条件疲劳极限下降。当珠光体含量在87%左右,蠕化率从53.9%升高至92.62%时,石墨团簇直径从330μm增加到730μm,抗拉强度从665 MPa降低到440 MPa,减小了34%,疲劳极限从223 MPa降低到160 MPa,减小了28%;蠕墨铸铁的裂纹是在石墨处或脱粘处开始萌生并沿团簇扩展,珠光体对裂纹扩展有阻碍作用;石墨团簇是疲劳寿命的主要影响因素,石墨团簇越小,分布越均匀,疲劳寿命越高。     

Al元素对超级贝氏体钢中珠光体转变的影响

将两组不同Al元素含量的贝氏体钢(1.37Al和Free-Al),在不同温度下等温不同时间,研究Al元素对贝氏体钢中珠光体转变及组织的影响。采用Thermecmaster热模拟机测定两种钢的相变点A_(c1)和A_(c3)。实验结果表明,Al元素的加入,使钢的相变点A_(c1)和A_(c3)分别提高了53℃和42℃,缩短了珠光体转变时间,同时减小珠光体片层间距。     

显微组织对珠光体钢疲劳裂纹扩展速率的影响

用金相显微镜、扫描电镜(SEM)及带有切口的三点弯曲试样研究了显微组织对珠光体钢疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:共析珠光体钢中的疲劳裂纹扩展速率da/dN取决于珠光体层片间距。细化珠光体层片间距可有效减缓共析珠光体钢中的疲劳裂纹扩展速率,尤其在高应力场强度因子幅值△K作用的情况下;珠光体钢的疲劳裂纹扩展速率与断裂前的△K之间的关系为:da/dN=6.94×10~(-9)(△K)~(2.919) (mm·c~(-1));显微组织中存在一定量的先共析铁素体可显著降低珠光体钢中疲劳裂纹的扩展速率。     

Cu对高强度珠光体球墨铸铁组织与力学性能的影响

采用500 kg中频感应电炉和材料分析手段,研究了(0.4~0.9)%Cu对高牌号珠光体球铁组织和力学性能的影响规律。结果表明,其它成分不变的情况下,Cu含量在0.4%~0.9%范围内,抗拉强度均在800 MPa以上,伸长率在4.4%以上,达到QT800-3标准。随着Cu含量的增加,抗拉强度不断提高,但增幅不大,伸长率却呈逐渐降低的趋势;铜含量在0.4%~0.5%时,伸长率保持在6%以上;Cu元素加入量超过0.6%以后,伸长率明显下降,约在4.5%左右。     

合金元素对球铁珠光体稳定性的影响

为了研究在厚大断面球墨铸铁中合金元素对珠光体稳定性的影响,制备了基体为100%珠光体的球墨铸铁试样。采用不同的退火工艺及退火时间模拟厚大断面球铁内部缓慢的冷却过程,通过分析珠光体分解为铁素体的含量,来研究Cu、Ni、Mo、Sn、Sb对珠光体稳定性的影响。结果表明,球铁中Ni、Mo含量的增加会对珠光体的稳定性产生不利影响,合金元素Cu、Sn、Sb含量的增加能对珠光体的稳定性起到有利的作用。     

铸型局部激冷和淬火处理对蠕铁缸盖次表层显微组织和硬度的影响

研究了蠕墨铸铁气缸盖火力面局部铸型冷却速度和淬火(900℃,110 min)对火力面次表面纵向显微组织和洛氏硬度的影响。结果表明:激冷处理在缸盖火力面沿深度方向形成复合结构硬化层:淬硬层(0～1 mm)+球铁层(0～6 mm)+蠕铁硬化层(0～40 mm)。碳化物在淬硬层中含量保持在83%,在球铁层逐渐减少,蠕铁层没有观察到明显的碳化物存在。增加冷却强度明显细化蠕铁硬化层的显微组织、减小珠光体片层间距,提高缸盖火力面表层硬度。与局部未激冷铸型相比,激冷铸型铸造的蠕铁缸盖火力面层得到显著强化:铸态洛氏硬度由12.6提高到21.0,淬火后硬度由48.96提高到59.0,提高了20.51%;模拟500℃保温90 h服役条件下,激冷铸造的硬度由未激冷铸造的21.41提高到25.19,提高了17.66%。     

低牌号球墨铸铁风冷强化工艺的试验研究

研究了风冷热处理对低牌号球墨铸铁(QT450-10)组织和性能的影响.利用对比法和网格法对珠光体组织进行了定量分析,并测试了风冷前后球墨铸铁的力学性能,分析了球墨铸铁风冷强化的微观机制.结果表明,QT450-10球铁经风冷强化以后,其内部组织由原来85%的铁素体基体转变成90%以上的珠光体,且经测量的珠光体片层间距仅为0.45μm,这种细珠光体的片层结构是导致球墨铸铁的抗拉强度由原来的495 MPa增至905 MPa的主要原因.     

微量元素Sc对活塞铝合金组织和蠕变性能的影响

研究了Sc元素微合金化对Al-Si-Cu-Ni-Mg系活塞铝合金组织及高温蠕变性能的影响。结果表明:Sc元素在共晶型Al-Si合金中有两种存在形式,一种在初生硅周围形成了一种片状富Sc相,为Sc_2Ni_7相。另一种存在于Al3CuNi相中,形成Al_3(CuNiSc)相,T6热处理后Al_3(CuNiSc)相出现分解粒化的现象,其附近的基体中出现了大量的颗粒状Al_2Cu相。加Sc合金铸态组织中的α-Al与初生硅尺寸都有不同程度的减小,其中二次枝晶间距相比基体合金减小了24.80%,初生硅的尺寸缩小了16.86%。添加0.2%Sc元素后,合金抗蠕变性能明显提高。