不同蠕化率蠕墨鑄鐵的熱疲勞性能研究.pdf

1、本文通過精確控制工藝參數(shù)、嚴格規(guī)范現(xiàn)場操作，以包底沖入法生產的蠕墨鑄鐵缸體、缸蓋蠕化率及各項性能指標均達到國家標準水平，并研究了溫度、蠕化率對蠕墨鑄鐵熱疲勞性能的影響。
　　本研究在接近材料實際工況的試驗條件下，不考慮外加機械應力的作用，應用自約束全自動冷熱疲勞試驗機模擬發(fā)動機的部分溫度場，以蠕墨鑄鐵為研究對象，通過光學顯微鏡研究了由于外界溫度的升降在材料內部產生的熱應力而造成的裂紋萌生及其擴展機制。通過詳細地跟蹤觀察、記錄，系統(tǒng)

2、測定在熱疲勞過程中，20(←→)300℃與20(←→)600℃溫度環(huán)境下，不同循環(huán)次數(shù)下不同蠕化率的蠕墨鑄鐵的裂紋萌生位置及擴展路徑，分析了熱裂紋的萌生與擴展機理，并與20(←→)300℃溫度環(huán)境下的灰鑄鐵做對比。
　　在本實驗研究條件下，得出以下研究結果:
　　(1)蠕墨鑄鐵工藝參數(shù):①鐵水成分范圍:C3.6-3.7％; Si2.2-2.4％; Mn0.4-0.5％;S＜0.03％; Sn0.07％和Cu0.3-0.5％;

3、②蠕化劑成分Mg3-5％，Re13-16％，加入量0.33-0.60％;③孕育劑成分Ba3-5％，加入量0.8％;④蠕化處理后包內溫度1420-1440℃，靜置1分鐘后澆注，澆注時間10分鐘。
　　(2)不同蠕化率的蠕墨鑄鐵中，石墨形態(tài)是不同的，石墨組織主要由球狀、團狀、團絮狀、蠕蟲狀4種形態(tài)所構成。在熱疲勞循環(huán)過程中，蠕蟲狀石墨接近片狀石墨，尖端易產生應力集中，易產生裂紋;球狀石墨圓整度較好，應力集中小，不易產生裂紋?；诣T鐵中的

4、片狀石墨，尖端容易產生應力集中，產生裂紋的傾向更大。
　　(3)溫度一定時，蠕墨鑄鐵的熱疲勞性能與蠕化率有關。在一定范圍內，蠕化率越高，熱疲勞性能越好，但當蠕化率高于一定值，熱疲勞性能開始下降。
　　(4)熱疲勞試驗中，溫差越大，試樣表層的膨脹和收縮量就越大，產生的壓應力和拉應力就越大，熱疲勞裂紋的萌生就越快。上限溫度的升高顯著降低了蠕墨鑄鐵的熱疲勞壽命。溫度對裂紋擴展速率也有重要影響，上限溫度較低時，熱疲勞裂紋擴展速率分為

5、遞增和遞減兩個階段;上限溫度較高時，擴展速率隨裂紋長度的增加呈現(xiàn)逐步遞增的趨勢。
　　(5)試驗溫度300℃下，蠕化率在50-60％的蠕墨鑄鐵疲勞性能最差，但與之相比，同樣條件下的灰鑄鐵在裂紋萌生時所需的冷熱疲勞次數(shù)更少;在疲勞次數(shù)增加時，裂紋擴展的速率更快。所以通過比較可以得出，蠕化率高于50％的蠕墨鑄鐵，疲勞性能要優(yōu)于灰鑄鐵。
　　(6)在熱疲勞循環(huán)過程中，試樣V型缺口是最大的熱應力集中處，V型缺口附近體積膨脹所產生的相