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一种新型实用低碳当量球墨铸铁的研制

作　者: 谢瑞财
导　师: 杨华
学　校: 山东大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 球墨铸铁增碳工艺 K/Na-RE复合变质白口倾向异质核心磷共晶
分类号: TG255
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文在实验和生产条件下对球墨铸铁的增碳处理工艺和K／Na-RE复合变质处理工艺进行了研究，分析了它们对球墨铸铁微观组织和性能的影响机理，确定了最佳的增碳处理工艺和变质处理方法，并通过增碳处理和K／Na-RE复合变质处理相结合的方法，成功开发出了一种新型的实用低碳当量球墨铸铁。在球墨铸铁的生产中，使用增碳剂对铁液进行增碳处理，可以提高铁液的形核状态，降低铁液的过冷度，从而有利于石墨的形核，增加石墨球的数量，并且采用废钢加生铁通过增碳处理生产球铁，既能节省大量优质生铁，降低成本，又能提高铸件性能。但是，迄今国内外对球铁增碳工艺的研究报道较少。在实际增碳过程中，增碳效果较差，且不易控制。因此，研究如何优化增碳处理工艺，稳定增碳效果，从而进一步提高球铁的性能具有非常重要的现实意义。实验结果表明，增碳处理降低了铁液的过冷度，在铁液中造成了大量弥散分布的非均质结晶核心，同时，由于生铁用量少，其遗传作用大为削弱。影响增碳处理工艺的因素有增碳剂粒度、增碳温度、铁液搅拌时间和铁液的化学成分。增碳处理改善了石墨的大小、分布和形貌，使石墨细化且均匀分布，基体组织中珠光体量明显增多且变细，珠光体片层间距减小。增碳处理提高了铸铁的强度，使白口倾向减小，伸长率及宏观硬度有较大提高，断面敏感性降低。K／Na-RE复合变质处理净化了铁液，在铁液中产生异质核心，并使原来不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多，从而增加石墨球的数量，并使得石墨球细化、圆整且分布均匀。K／Na变质剂具有突出的促进稀土对铁水的脱硫、脱氧作用，从而起到净化铁水及提高表面张力和界面张力的作用，这是其提高球化率防止变态石墨的本质所在。当K／Na-RE复合变质剂的加入量为1.0％时，球墨铸铁的微观组织和力学性能最好，石墨球和基体组织得到细化，珠光体形成比例减少，球墨铸铁的强度、硬度和韧性都明显增加，白口倾向也得到改善。进一步研究表明，K／Na-RE复合变质增加了铁素体的含量，细化晶粒组织，使得晶间边界增加，阻碍P以磷共晶形式析出和聚积，而减弱了P的破坏作用，可以在较低的碳(3.0 w_b.％-3.2 w_b.％)和Si含量(2.4 w_b.％-2.6 w_b.％)的条件下，使球墨铸铁中铁素体含量有所增加，从而使得冲击韧性及延伸率上升，综合力学性能得到改善。在用增碳法生产球墨铸铁的过程中，采用K／Na-RE复合变质处理可以促进增碳处理的效果，进一步增加了石墨球的数量，细化并均匀了石墨球及基体组织。经过增碳处理和K／Na-Re复合变质处理后，试样的强度、硬度和韧性得到进一步提高，而白口倾向和断面敏感性减小。增碳处理和K／Na-RE复合变质处理相结合，使得球墨铸铁微观组织得到显著改善，综合力学性能得到大幅度提高，在铸态下已经达到QT800-6水平。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-36
  1.1 球墨铸铁的诞生及发展  11-17
    1.1.1 国外发展概况  11-13
    1.1.2 国内发展概况  13-15
    1.1.3 低碳球墨铸铁研究概况  15-17
  1.2 球墨铸铁的理论及生产  17-29
    1.2.1 球铁的凝固  17-19
    1.2.2 晶核形成  19-21
    1.2.3 生长  21-23
    1.2.4 球铁的生产  23-26
    1.2.5 热力学分析技术在球铁中的应用  26-29
  1.3 铸态球墨铸铁  29-33
  1.4 选题的目的和意义  33-36
第二章实验材料及实验方法  36-42
  2.1 实验材料及变质剂的选择  36-39
    2.1.1 基本化学成分的确定  36-38
    2.1.2 变质剂的选择  38-39
  2.2 铁液的熔炼及试样制备  39-41
    2.2.1 铁液的熔炼  39-40
    2.2.2 球化及孕育处理  40
    2.2.3 试样制备  40-41
  2.3 分析及测试方法  41
  2.4 本章小结  41-42
第三章增碳处理对球铁组织和性能的影响  42-52
  3.1 前言  42
  3.2 增碳剂的选择  42-44
    3.2.1 增碳剂的分类  42-44
    3.2.2 增碳剂的物理形态及其在冶金方面的影响  44
  3.3 增碳处理工艺的确定  44-47
    3.3.1 合理选用增碳剂  45
    3.3.2 增碳剂粒度对增碳时间及增碳率的影响  45-46
    3.3.3 增碳率的确定  46
    3.3.4 增碳剂的加入方法  46-47
  3.4 增碳处理对球墨铸铁微观组织的影响  47-48
  3.5 增碳处理对球墨铸铁力学性能的影响  48-51
    3.5.1 增碳工艺对铸铁强度和白口倾向的影响  48-50
    3.5.2 增碳工艺对铸铁硬度和断面敏感性的影响  50
    3.5.3 增碳处理对球墨铸铁冲击韧性和延伸率的影响  50-51
  3.6 结论  51-52
第四章 K/Na-RE复合变质对球铁组织和性能的影响  52-62
  4.1 前言  52
  4.2 复合变质处理对球墨铸铁微观组织的影响  52-58
    4.2.1 K/Na对球墨铸铁微观组织的影响  53-57
    4.2.2 稀土对球墨铸铁微观组织的影响  57-58
  4.3 复合变质处理对球墨铸铁力学性能的影响  58-60
    4.3.1 对铸铁强度和白口倾向的影响  58-59
    4.3.2 复合变质处理对铸铁硬度和断面敏感性的影响  59
    4.3.3 复合变质处理对球墨铸铁冲击韧性和延伸率的影响  59-60
  4.4 结论  60-62
第五章一种新型实用低碳球铁的研究  62-69
  5.1 引言  62
  5.2 微观组织分析  62-65
  5.3 力学性能分析  65-68
    5.3.1 对铸铁强度和白口倾向的影响  65-66
    5.3.2 对铸铁硬度和断面敏感性的影响  66-68
  5.4 结论  68-69
第六章结论  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
附录  75-76
学位论文评阅及答辩情况表  76

一种新型实用低碳当量球墨铸铁的研制

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