亚共晶铸铁一次结晶过程的两区域结晶物理模型

针对小于临界壁厚铸件的凝固过程建立了 1种新的两区域结晶模型 ;这种两区域模型与三区域模型结晶模型的区别在于 :在铸件的一次结晶过程中 ,铸件断面上不同时出现固相、固 液相、液相三区域共存的状态。这种模型的提出是对 1次结晶模型的补充和完善 ;它有利于揭示一次结晶的微观机理 ,得到铸铁的组织与机械性能的关系 ,从而为计算机仿真铸造合金的性能打下了良好的基础。     

半固态亚共晶高铬铸铁重熔时先共晶相的演变

对倾斜板法制备的亚共晶高铬铸铁半固态坯料在1 300 ℃进行加热保温,借助Leica图像分析仪对保温过程中先共晶奥氏体的演变规律进行了研究.结果表明,晶粒球化和合并长大为保温过程中奥氏体形态演变的主要形式,两者交替发生,球化和合并长大所需的时间随着保温过程的进行而延长.同时,合并长大而恶化也随着保温过程的进行而越发显著.保温15.0 min时,晶粒形状系数为0.86,平均等效直径为78.8 μm;保温60.0 min时,晶粒形状系数为0.70,平均等效直径为104.1 μm.     

铸态亚共晶高铬铸铁重熔时先共晶相的演变

通过观察常规铸态亚共晶高铬铸铁在固液区间等温重熔过程中先共晶奥氏体形貌的变化情况,研究其演变规律及机理。结果表明,在等温重熔过程中,网状枝晶的粗化、熔断和晶粒的球化、合并长大是先共晶奥氏体演变的4个主要阶段。在较低温度下重熔,其演变过程以枝晶长大粗化及熔断为主,奥氏体枝晶网状结构难以完全消除;在较高温度下重熔,组织的演变过程以晶粒的球化及合并长大为主。在适当温度下(1330℃)保温一定时间(35min)可以获得较为圆整且尺寸均匀分布的先共晶奥氏体组织,但加热温度过高,保温时间过长,奥氏体晶粒会严重长大粗化。     

亚共晶白口铸铁塑性变形行为的观察和分析

用金相显微镜，扫描电镜和透射电镜对经锻造和轧制等塑性变形的亚共晶白口铸铁组织进行了观察和分析，提示了共晶碳化物和基体的塑性变形行为，特别展示了被认为不能性变形的硬脆相共晶碳化物在变形应力驱使下由位错的运动，晶体滑移，扭转进行塑性变形的机制。为菜氏体钢铁材料塑性变形的研究提供了科学的证据。     

共晶、亚共晶蠕铁结晶生长过程

本文通过采用定向凝固技术,观察共晶、亚共晶蠕铁结晶生长过程。结果表明,共晶蠕铁熔体中只有球状雏晶形态一种,球墨雏晶的初始畸变在熔体中发生,蠕墨共晶团形成于液固界面的糊状区;而亚共晶蠕铁熔体中则有球状和虫状两种雏晶形态,球墨雏晶与奥氏体树枝晶接触后。发生初始畸变,共晶团在熔体中初始形成,液固界面糊状区则大量出现。     

熔体-结晶相固-液界面能的研究进展

结晶相的凝固特性决定其凝固后的组织和性能,要对结晶相凝固特性与过程进行准确表征与有效控制,就必须知道熔体-结晶相固-液界面能的准确数据。本文结合作者长期以来对熔体-结晶相固-液界面能的研究工作,论述了熔体-结晶相固-液界面能实验测定和理论研究方面的相关进展。通过对不同温度下固-液界面能实验测定结果的分析比较,发现熔体-结晶相的固-液界面能随温度的降低而减小;找出了Spaepen固-液界面能模型与实验测定结果不相符的原因;提出基于固-液界面结构的固-液界面能理论模型及用其确定固-液界面能的方法。结果表明,当前模型对固-液界面能的预测结果不仅与熔点温度下实验值和模拟值相吻合,而且也与过冷温度下实验值和模拟值相吻合。     

铸造亚共晶Al-Si合金显微组织中α枝晶相的定量分析

采用金相显微镜和图像分析仪的定量测试技术,计算了亚共晶铝合金中α枝晶相的参数,包括α相的含量、晶粒度和圆整度等。结果表明,经过变质处理后,当α枝晶相的含量较高时,其分布较均匀,晶粒度细化至31μm,圆整度达到1.45。说明图像分析仪能对显微组织中α枝晶相的特征参数进行定量分析,为变质处理工艺的制定打下良好的基础。     

白口铸铁／碳钢液—固复合铸造研究

利用只受内压的厚壁圆筒应力计算公式，计算出液－固复合铸造时金属预制件被包覆部位的最大允许尺寸。白口铸铁／碳钢复合铸造试验及生产实践都表明，计算结果对控制包覆层内表面裂纹的产生具有一定的实用价值。关于硅、磷含量对白口铸铁包覆层内表面裂纹的影响，也作了一定的探讨。     

亚共晶高铬白口铸铁不抗磨的原因

亚共晶高铬白口铸铁显微组织中含有初晶奥氏体树枝晶，它得不到高硬度碳化物的良好保护。该合金试样的磨损面被磨料犁削的沟槽深而长。当热处理加热时，铸态初晶奥氏体含有过饱和的C和Cr，将以碳化物形式析出。为了平衡W（C）量和W（Cr）量，必须通过扩散析出碳化物。但在初晶奥氏体树枝晶中元素的扩散析出是很慢的，以致在通常实施的奥氏体保温时间内，远达不到平衡值，结果是初晶奥氏体具有低的Ms温度，使它含有较高的残余奥氏体。     

过共晶高铬铸铁的显微组织和力学性能研究

采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及硬度和冲击试验等方法,研究了不同热处理工艺对过共晶高铬铸铁显微组织和性能的影响。结果表明:试验的过共晶高铬铸铁铸态显微组织由共晶莱氏体和粗大杆状或六方形状的一次Cr_7C_3型碳化物组成;由于淬透性较低,当保温时间为2 h,淬火温度较低时,在共晶碳化物周围存在铁素体;只有加热到1 050℃时,共晶中的奥氏体在随后的空冷过程中才能转变为全部马氏体组织,硬度达到最高值64.5 HRC;淬火加热温度为1 050℃时,随保温时间的延长,硬度降低;随着淬火加热温度的升高,过共晶高铬铸铁的冲击吸收功呈下降趋势,但数值总的来说不高且差别不大,范围在1~2 J之间。     

高铬铸铁在液-固两相流中的冲蚀磨损行为

研究不同Cr含量的高铬铸铁(Cr12、Cr15、Cr23和Cr28)在液固两相流(浓度为3.5的H2SO4+石英砂)的冲刷腐蚀磨损行为。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段观察表面形貌特征和分析腐蚀产物的相组成,通过分析单位面积的质量损失研究冲蚀磨损行为。结果表明,基体首先遭受腐蚀,当Cr含量≤15%时,高铬铸铁腐蚀产物中无氧化膜或氧化膜为不致密的Fe_2O_3时,腐蚀和冲刷磨损之间的交互作用使单位面积的质量损失率不断增加。Cr含量≥23%时,高铬铸铁腐蚀产物主要为Fe_2O_3和Cr_2O_3,当Cr_2O_3膜的厚度增加到一定程度后,延缓了冲蚀磨损进程,单位面积的质量损失表现为先增加后又降低。     

定向凝固条件下亚共晶铸铁凝固特性的研究

用定向凝固方法,对亚共晶成分铸铁的凝固特性进行了研究。结果表明,当铸铁按稳定系凝固咸灰口铁时,先共晶奥氏体枝晶的数量和发达程度随凝固速度的增大面增加。面当铸铁按介稳系凝固成白口铁时,先共晶奥氏体枝晶的数量和发达程度都基本上不随凝固速度的变化面改变。分析指出,灰铸铁的共晶凝固温度随凝固速度的增大面降低,而白口铁很难过冷,其共晶凝固温度基本不变．     

铸铁三元磷共晶中Fe_2P相的鉴定

在提出铸铁中三元磷共晶由Fe_2P+Fe_3P+A组成以后,为了准确验证Fe_2P相的存在,用X射线衍射进行了分析鉴定。试验用铸铁的化学成分为:3.4％C,0.86％Si,O.48％Mn,0.28％P,0.2％Cr,0.38％Mo,0.95％Cu和0.04％Mg。0.28％P的铸铁中二元和三元磷共晶共存。试样经电解萃取。电解液为7.5％KCl+O.7％柠檬酸水溶液,电解密度为20mA/cm~2,时间为1h。电解后将残渣收集用国产Y-3型衍射仪进行分析。其衍射曲线如图1所示。由图1可以看出,在2θ由30～72°范围内,共出现24条衍射峰。各衍射峰的测量计算结果列于表1。     

含碳量对过共晶高铬铸铁显微组织与耐磨性的影响

通过显微组织观察、图像分析仪定量金相测定,力学性能测试,低应力湿态磨料磨损试验,研究了碳对含33.5%Cr的过共晶高铬铸铁的影响。结果表明,过共晶高铬铸铁显微组织主要特征是含有较大尺寸的六边形和杆状M7C3型初生碳化物。并且随着含C量的升高,过共晶高铬铸铁组织中的初生碳化物逐渐变得粗大,初生碳化物和碳化物总体积分数增加。随着含碳量的增加,过共晶高铬铸铁硬度逐渐升高。含4.80%C的高铬铸铁硬度最高,达到HRC65.5。但随着含碳量的增加,高铬铸铁的冲击韧度逐渐下降。在40 N、70 N、100 N载荷下,随着含C量的增加,过共晶高铬铸铁的耐磨损性能提高。在40 N、70 N和100 N载荷下,含4.80%C的高铬铸铁的耐磨性分别比含3.86%C的高铬铸铁提高了26.1%、24.5%和24.1%。在含碳量相同的情况下,重载荷下高铬铸铁的耐磨性能下降。随着载荷的增加,高含碳量高铬铸铁的耐磨性优势逐渐下降。与含23%Cr的过共晶高铬铸铁相比,含C量分别为3.86%、4.13%、4.65%和4.80%的含33.5%Cr的过共晶高铬铸铁耐磨性分别提高了42.9%、52.0%、54.6%、56.6%。     

流变铸造半固态亚共晶高铬铸铁组织形成研究

研究了亚共晶高铬铸铁半固态球状晶的形成条件及规律。结果表明：通过控制合适的浇注温度，并对充型前的金属液进行激冷处理，同时对过冷的金属液配以适当的振动，可以获得球形或近球形的先共晶奥氏体非枝品组织；在带有倾斜板冷却体的低温浇注情况下，金属液的冲刷、流动及振动使熔体获得了均匀的溶质场和温度场，抑制了发达的先共晶奥氏体枝晶的形成，为球状晶的获得提供了条件。     

流变铸造半固态亚共晶高铬铸铁组织形成研究

采用倾斜板冷却体法制备了亚共晶高铬铸铁半固态浆制．研究了亚共晶高铬铸铁半固态球状品的形成条件及规律。结果表明：通过控制合适的浇注温度．并对充型前的金属液进行激冷处理，同时对过冷的金属液施加适当的振动，可以获得球形或近球形的先共晶奥氏休非枝晶组织；在带有倾斜板冷却体的低温浇注情况下金属液的冲刷、流动及振动使熔体获得了均匀的溶质场和温度场．抑制了发达的先共晶奥氏体枝晶的形成，为获得球状品提供了条件。     

共晶灰铸铁的结晶动力学

结合数字光学显微镜、扫描电镜(SEM)、高分辨三维X射线衍射、热分析和高温液淬的方法研究共晶灰铸铁的凝固过程和组织演变规律,深入分析石墨的长大动力学及三维连通特征。结果表明:共晶灰铸铁中的石墨结晶初始形貌为球状,异质形核核心为MnS,尺寸为1~2μm;共晶反应开始时石墨发生变异,长成细小片状石墨,并在共晶团内长大,随后相邻共晶团内的石墨通过中间的液相生长在一起,连接成更大的石墨,共晶反应结束时,大部分石墨在三维上连接在一起,连通率为88.87%;共晶灰铸铁结晶时,石墨长度与时间的关系为、L=-390.56+555.32(1-e~(-t/34.52)),石墨含量与时间的关系为、C=-17.24+27.02(1-e~(-t/41.57))。     

亚共晶白口铸铁组织性能及热塑性变形的试验研究

探讨了合金元素，变质处理和热塑性变形对亚共晶白口铸铁组织和性能的影响，确定了合适的成分范围。此外，对该材质和铸态和塑变态的抗磨性和冲击性能做了对比试验，结果表明，中锰多元亚共晶白口铸铁具有较宽的变形温度区间，在850℃时变形量已超过55％，显示出良好的热塑性变形能力。经过高温塑性变形，碳化物成孤立块状分布在基体中，使冲击韧度得到改善，而且塑性变形后仍具有良好的抗磨性。