冷卻速率對高鎳球鐵組織與性能的影響.pdf

1、高鎳球鐵以其優(yōu)良的耐熱、耐疲勞和抗氧化性能在汽車排氣歧管、渦輪增壓器殼體等耐熱部件得以廣泛應(yīng)用。隨著汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對高鎳球鐵的耐熱性能提出了更高的要求，而凝固過程是決定高鎳球鐵鑄件內(nèi)在成型質(zhì)量及綜合性能的重要因素，這就需要對其凝固過程有一個更深層次的了解和認(rèn)識，從而實(shí)現(xiàn)對其凝固組織及合金性能的主動控制。作為制約金屬凝固過程的本征物理參量，冷卻速率對高鎳球鐵的凝固組織具有顯著的影響。本文采用數(shù)值模擬方法理論計算了模數(shù)分別為0.

2、375cm、0.6cm、0.75cm、1.5cm的高鎳球鐵圓柱形試棒的冷卻速率，借助著色腐蝕方法清晰地顯示了高鎳球鐵的凝固組織形貌，定量分析了凝固組織中的球狀石墨、奧氏體枝晶和晶間碳化物的析出數(shù)量及形態(tài)參量等，并測試了合金的硬度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功等力學(xué)性能，建立了冷卻速率與微觀組織和力學(xué)性能之間的相關(guān)規(guī)律。研究結(jié)果表明：
　　高鎳球鐵的凝固組織以形態(tài)發(fā)達(dá)的奧氏體樹枝晶為特征，其間分布著球狀石墨及少量碳化物。奧氏體枝晶大致分為兩種類

3、型-初生奧氏體枝晶和奧氏體暈圈枝晶。初生枝晶形態(tài)細(xì)而長，逆熱流方向成簇生長，具有明顯的方向性；暈圈枝晶是從先行析出石墨球暈圈上長出的樹枝晶，形態(tài)較粗大，排列位向沒有明顯的方向性。共晶中后期析出的石墨球主要位于枝晶臂。少量碳化物主要分布于晶簇間隙的最后凝固區(qū)域，被奧氏體分割成孤島狀區(qū)域，其中碳化物形態(tài)以不甚規(guī)則的條塊狀為特征。當(dāng)試件模數(shù)從0.375cm增大到1.5cm，合金的冷卻速率從1.58℃/s降低至0.89℃/s，共晶結(jié)晶階段凝固斷

4、面的溫度梯度減小，冷卻曲線上的共晶平臺減小。隨著合金冷卻速率的增大，高鎳球鐵的凝固組織顯著細(xì)化，石墨球數(shù)量從93個/mm2增加到167個/mm2，球徑從51μm減小到29μm；枝晶形態(tài)參數(shù)減小，形態(tài)趨于發(fā)達(dá)，枝晶主桿直徑從43μm減小到28μm、二次枝晶臂直徑由47μm減小到17μm，二次枝晶臂間距從38μm減小到16μm；同時，碳化物長度從109μm減小到90μm，碳化物體積分?jǐn)?shù)從6.5％減少到4.0%。合金的力學(xué)性能隨著冷卻速率的增