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高镍奥氏体蠕铁组织性能的研究,奥氏体,组织性,研究,钻研
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开题报告题目：高镍奥氏体蠕铁组织性能的研究1、毕业设计（论文）综述1.1 题目背景蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在 20 世纪 60 年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966 年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功 1。 迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁提供了极其有利的条件和物质基础。我国在蠕墨铸铁的形成机制的研究方面处于领先地位。另外在蠕墨铸铁的处理工艺、铁液熔炼及炉前质量控制、蠕墨铸铁常温和高温性能方面均进行了广泛、深入的研究。特别要指出的是，在我国冲天炉条件下，不少工厂能稳定地生产蠕墨铸铁，取得了显著的经济效益。可以预期，利用蠕墨铸铁具有良好的综合性能、力学性能较高，在高温下有较高的强度，氧化生长较小、组织致密、热导率高以及断面敏感性小等特点，取代一部分高牌号灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。由此，将取得良好的技术经济效果 2-5。由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，因此，它具有独特的用途，在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果 6。但是, 未经合金化的蠕墨铸铁, 具有很强的形成铁素休的倾向, 硬度仅 HB170 左右, 故不宜于用作如汽缸体、玻璃磨具等的材料。因此, 为发挥蠕墨铸轶上述优良的性能, 并使之满足更多的工作要求, 有必要将其进行低合金化 7。1.2 研究意义蠕墨铸铁具有球墨铸铁的高强度和耐磨性，又有类似灰铸铁良好的铸造工艺性、导热性、减振性，比灰铸铁高得多的疲劳强度和耐热疲劳性，它可在较高碳当量下获得高强度，使铸件薄壁轻量化。世界上汽车发展要求减轻汽车自重，设计师选择铝合金来替代灰铸铁，使汽车、发动机重量有所下降，但随着发动机的比功率越来越大，导致发动机气缸体与气缸盖工作温度越来越高，较多部位已超过 200 ，这使得铝合金强度迅速下降，不堪重负。随着发动机比功率提高和采用增压技术，人们研究用薄壁、高强、导热、耐疲劳和加工性能好的、蠕化率为 80%的蠕墨铸铁来制造发动机缸体、缸盖等重要铸件，效果十分理想，并且获得很好的技术经济效益，欧、美的实践已证明了这一点 8。但是我国的 JB/T 44031999蠕墨铸铁件原来规定蠕墨铸铁的蠕化率为 50%，显然不能满足要求。新国标除了规定蠕墨铸铁的蠕化率为 80%外，所设的 5 个牌号，其力学性能都有所提高，并与国际标准一致。因此，新国标的制订和发布，将促进我国蠕墨铸铁应用于最具有发展潜力的汽车和发动机行业市场。蠕墨铸铁发动机缸体、缸盖成为原先灰铸铁、铸铝的改进材料，使得汽车设计师可实现发动机的良好性能与部件轻量化带来的省油节能之间的最佳平衡，而且还可以降低发动机的噪声和废气排放 9。1.3 国内外相关研究情况目前为止，世界蠕墨铸铁的产量尚难以统计，这是因为蠕墨铸铁往往被统计在灰铸铁的产量之内，而不是从单独的项目统计。我国蠕墨铸铁的年产量不尽确切，大约有几十万吨 10。国外经过几十年的研究和生产实践，铸铁的材质基本上已规范化，如缸体，在化学成分、材质牌号、本体硬度和金相组织等方面变化不大。国外缸体一般采用相当于我国的HT250或更高牌号的低合金铸铁，弹性模数为105GPa110GPa，金相组织为98% 以上的珠光体 11；为保证良好的铸造工艺性能，在化学成分的控制上采用较高的碳当量(3.9% 4.1% CE)，在化学成分中绝大多数含有Cr 15%0.40%和Cu 0.6% 0.8%，有的还含有Mo、Ni、Sn等元素，以提高铸件本体的强度、硬度及其均匀性以及薄断面处的珠光体量(一般大于95%)，铸件本体检测点硬度以185HB 到235HB居多，很少低于180HB，厚薄处的硬度差小于30HB 12。我国在“六五”至“十五”期间，经过科研院所、大专院校与生产厂家的联合攻关，对高强度薄壁铸铁件的研究取得了较大的进展，缩短了与国外先进水平的差距。但与国外同类产品相比，在铸件的使用性能和品质稳定性方面，还存在着不小的差距，主要表现为:强度低，碳当量相同时，强度比国外低12个牌号 13。铸造工艺落后，铸件重且壁厚，如柴油机缸体铸件国内比国外重30%以上，国外铸件最小壁厚可达3mm，国内一般在5mm左右。断面敏感性大，厚薄断面硬度不均匀，加工性能差。为满足发动机的不断强化的要求，因此，改善缸体的组织与性能和研究缸体新材料与新工艺，提高缸体的耐磨性和使用寿命，成为当前国内外学者和工程技术人员研究的重点项目之一 14。目前对蠕墨铸铁的国内外研究较多，在低合金蠕墨铸铁的研究国内很少，所以研究 Ni 对蠕铁组织性能的影响可为蠕铁的成分设计、零件的选材和优化蠕铁生产工艺提供一定的实验基础。1.4 蠕墨铸铁的组织及性能特点蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状，是介于球状石墨和片状石墨之间的形态。其在共晶团内是连在一起的，似片状石墨，而在共晶团之间又是孤立的。关于蠕虫状石墨的形态有多种描述，如“藕节状”、“内片外球”及“内球外片”等。基于不同的观察结果提出了蠕虫状石墨的不同的生长机制。普通蠕墨铸铁的铸态组织中铁素体含量较高，共晶团内部多为铁素体而共晶团之间多为珠光体，由此造成了断口呈“花脸”状。其形成原因一般认为与以下因素有关。 （1)石墨的形态。共晶团内分枝多，碳原子扩散距离小，以及由于蠕墨是 A 向和 C 向交替优势生长形成的，其表面既有基面又有棱面使表面较粗糙且增加了石墨-奥氏体界面，碳原子易扩散并依附于蠕墨上。 (2)析出元素的偏析。测试结果表明共晶团内部 Si 含量较高，可采用合金化、正火处理等方法提高珠光体含量，从而提高强度、改善耐磨性 15。2、本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法和措施2.1 本课题研究的主要内容：（1）通过试验考察不同蠕化剂加入量对合金蠕化率的影响；（2）高镍奥氏体蠕铁合金金相组织分析；（3）普通蠕铁与高镍奥氏体蠕铁力学性能实验； （4）普通蠕铁与高镍奥氏体蠕铁热膨胀系数测定；2.2 研究方案(1)实验材料成分名称C Si Mn P S Fe Mg Ni Re Ca Ti Mo Cu生铁 4.13 1.42 0.55 0.07 0.55废钢 0.45 0.35 0.5 0.05 0.0575硅铁 72 0.5 0.04 0.02Cu 100钼铁 55蠕化剂 43-46 余量3.5- 5.00.5 -1.58 - 10适量 1-2Ni-Mg 20 80Ti-FeFe粉7010030（2）成分配比a.普通蠕铁配比b.含Ni 35高镍 蠕铁配比（3）蠕化剂的选取利用试验方法来确定：因素水平30Ti-Fe 80Ni-Mg Fe 粉 加入量（）1 15 20 65 0.62 20 25 55 1.03 25 30 45 1.5按照一定实验比例，将上述各合金配比经过天平的称量后均匀混合，用液压机压制成 303-4mm 液压机压力 25-30MPa；然后把蠕化剂粉碎成 35mm 的颗粒而不是粉末，这样做的目的是为了在浇注的高温条件下反应不致过快和防止粉末漂浮在铁水上表面而不参与反应。（4）合金金相组织分析利用 SEM，观察高镍奥氏体蠕墨铸铁的金相组织并照金相照片。（5）力学性能试验分别对普通蠕铁和高镍奥氏体蠕铁进行拉伸试验，测定其相应的抗拉强度和延伸率。（6）热膨胀系数测定分别对普通蠕铁和高镍奥氏体蠕铁进行热疲劳试验，观察是否出现裂纹，并根据裂纹的长度评定其性能的好坏。将试样两面抛光后，在工具显微镜下测量裂纹长度，测定试样的热膨胀系数。3、本课题前期已开展工作前期的工作主要了解课题并进行文献查阅，制定实验方案，撰写开题报告。化学成分 C Si Mn Cu CE普通蠕铁 3.9 1.8 0.5 0.4 4.5化学成分 C Si Mn Cu CE Ni高镍蠕铁 3.9 1.8 0.5 0.4 4.5 354、完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 1-2 周 做前期准备，查阅相关资料，完成开题报告；第 3 周 开题答辩；第 4-7 周 完善设计方案，准备材料，进行实验；第 8 周 完成中期报告，中期答辩；第 9-10 周 金相组织分析，各种性能的测定；第 11-12 周 对实验的结果进行分析；第 13-14 周 整理实验结果并写出完整的毕业论文；第 15 周 毕业答辩；指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日参考文献1 姚国秀，李晓华，常国威.蠕墨铸铁发展现状与前景J.中国铸造活动周论文集.2008 188-192.2 张伯明 .蠕墨铸铁的最新发展J. 铸造.2009 05-0341-043 Mart in T, et al. Duennwandige Zylinder-bloecke aus Gusseisen J.Giesserei.2010. 90 ( 6) : 90- 96.4 盛达.蠕墨铸铁的起源、发展及其熔炼工艺J. 熔炼技术 .2009 05002007.5 H Morrogh. W J Williams. The Production of NodularStructureinCastIronJ.Journal of the Iron and Steel Instilute,March,1948, 3：306.6 朱振华, 徐治岩.低合金蠕墨铸铁汽缸体的研试J. 机械制造 . 2008 11 11-16。7 张忠仇，李克锐，曾艺成.我国蠕墨铸铁的现状及展望 . 2009.10-10.8 邱汉泉, 陈正德.中国蠕墨铸铁40年J. 中国铸造装备与技术 .2010.1-9.9 R.D.Schelleng,Modem Castin
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