球墨鑄鐵QT500攪拌摩擦表面加工組織演變及性能研究.pdf

1、新興的固態(tài)攪拌摩擦焊技術(shù)及其衍生的新型加工方法，不僅可以實現(xiàn)金屬材料的連接，還可以用于金屬材料的表面改性。本文基于攪拌摩擦加工原理對球墨鑄鐵（QT500）進行表面改性研究，分別運用有針和無針的攪拌頭制備出具有結(jié)構(gòu)和組分不同于原 QT500母材的改性層。通過分析加工表面的宏觀成形性，加工區(qū)微觀組織結(jié)構(gòu)演變（包括加工區(qū)石墨形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布的變化和基體微觀組織的演變），以及加工區(qū)組織性能，深入地研究了QT500表面攪拌摩擦加工的基本理論以及關(guān)鍵

2、性問題。
　　研究表明，QT500表面改性層的宏觀成形性與加工過程的熱輸入量有著密切關(guān)系，通過控制加工工藝參數(shù)（攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、行進速度）來調(diào)整熱輸入量，可以獲得表面成型良好，沒有任何缺陷的表面加工改性層。加工過程中由于攪拌頭的旋轉(zhuǎn)摩擦作用，改性層中石墨的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及分布發(fā)生顯著的變化，并且有無攪拌針對石墨的形態(tài)分布有著重要影響?；谟嗅様嚢桀^進行表面加工時，攪拌區(qū)的石墨發(fā)生了明顯的破碎與細化，細化的石墨尺寸大約為0.5-1μm，

3、且分布比較均勻致密。熱機械影響區(qū)由于遭受塑性變形相對不是很劇烈，石墨顆粒只變形呈“長條狀”或者“蝌蚪狀”，并沒有發(fā)生明顯的細化。把細化的石墨顆粒當作示蹤材料可以發(fā)現(xiàn)在攪拌區(qū)邊緣有一個明顯的剪切流動區(qū)域的存在，剪切流動區(qū)域的寬度從前進側(cè)逐漸向后退側(cè)變大?；跓o針攪拌頭進行表面加工時，由于缺少攪拌針的影響，改性層中石墨主要發(fā)生了變形，細化并不明顯，變形的石墨呈“蠕蟲狀”或“長條狀”，且變形的程度沿著厚度方向往加工區(qū)內(nèi)部逐漸減弱，熱機械影響區(qū)

4、石墨主要呈現(xiàn)“橢球狀”。同時，加工區(qū)的石墨形態(tài)與工藝參數(shù)有著密切的關(guān)系。由于在加工過程中，表面改性層組織遭受了熱循環(huán)和嚴重的塑性變形作用，改性層中基體的微觀組織發(fā)生了顯著的變化?；w中鐵素體與珠光體組織轉(zhuǎn)變成馬氏體、珠光體與奧氏體組織。且馬氏體、珠光體和奧氏體含量取決于加工過程的工藝參數(shù)。當攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度較快或行進速度較快時，馬氏體相變發(fā)生越容易，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變量則越多，相應的珠光體含量則越少。由于改性層中微觀組織發(fā)生了變化，故其力