耐热不锈钢涡壳铸件的制备工艺、组织与性能的研究

摘要

汽车行业是国民经济的支柱产业，提高发动机功率，减少废气中CO、HC和NOX等有害物质含量是汽车行业发展的必然方向。涡轮增压器是提高发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放的有效手段，而涡壳是涡轮增压器的主要零部件之一。随着汽车工业的飞速发展，与传统的普通球铁和高硅钼球铁材质涡壳相比，新型奥氏体耐热不锈钢涡壳的耐热温度达到1050℃以上，能满足涡壳使用环境温度的苛刻要求，具有很强的市场竞争力。 本文首先以典型规格的奥氏体耐热不锈钢（GX40CrNiSi25-12）涡壳铸件为研究对象，采用Pro/E三维绘图软件和ProCAST凝固模拟软件对涡壳铸件进行了铸造工艺设计和凝固模拟优化分析，并进行了试生产验证；然后采用金相显微分析（OM）、机械性能测试、X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）测试等研究方法，研究了变质处理对奥氏体耐热不锈钢（GX40CrNiSi25-20）组织与性能的影响；最后研究了两种奥氏体耐热不锈钢的高温抗氧化行为。得出的主要结论如下： 通过ProCAST凝固模拟软件对典型尺寸规格涡壳铸件进行了凝固模拟分析，设计了其铸造工艺；并成功制备了材质为GX40CrNiSi25-12的奥氏体耐热不锈钢涡壳铸件。 GX40CrNiSi25-20奥氏体耐热不锈钢的变质试验表明，变质剂的加入能有效地提高材料的机械性能。与未变质材料比较，W S-1无硅变质剂分别采用冲入法和钟罩法变质后，其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了44.3%、15.3%、77.2%和40.4%、18.6%、61.3%；YBZW-4精炼变质剂冲入法变质后材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别提高了38.7%、11.6%、74.4%。 对比研究了GX40CrNiSi25-20和GX40CrNiSi25-12两种奥氏体耐热不锈钢在不同温度下的高温抗氧化性能。结果表明，其高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律，氧化增重随着氧化温度的升高与氧化时间延长而增大。比较两种材料的氧化动力学可知，在其他元素基本相同的情况下，含Ni更高的GX40CrNiSi25-20奥氏体耐热不锈钢具有更好的高温抗氧化性能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 立题背景

1.1.1 汽车行业的建立与发展

1.1.2 汽车发动机的工作原理及改进

1.1.3 汽车涡轮增压器的基本原理与优点

1.2 涡壳铸件的国内外研究现状及进展

1.2.1 涡轮增压器壳体材质要求及研究进展

1.2.2 涡轮增压器壳体铸造工艺的研究进展

1.3 不锈钢变质处理的研究现状及进展

1.4 奥氏体不锈钢高温氧化的研究现状及进展

1.5 本课题研究的目的及意义

1.6 本课题研究的主要内容与方法

第2章 试验材料及方法

2.1奥氏体耐热不锈钢变质处理试验材料及方法

2.1.1 试验材料及主要设备

2.1.2 试验方法

2.2奥氏体耐热不锈钢高温抗氧化试验材料及方法

2.2.1 试样制备

2.2.2 氧化实验

2.3 试样的机械性能测试

2.3.1 拉伸试验

2.3.2 硬度测定

2.4 试样的微观结构分析

2.4.1 金相组织观察

2.4.2 X射线衍射（XRD）分析

2.4.3 电子探针（EPMA）显微分析

2.4.4 扫描电镜（SEM）显微分析

第3章 典型涡壳铸件的工艺设计及试生产

3.1 涡壳铸件技术要求及铸造方法选择

3.1.1 涡壳铸件技术要求

3.1.2 铸造方法选择

3.2 涡壳铸件工艺设计及模拟分析

3.2.1 涡壳铸件工艺设计

3.2.2 铸型、砂芯的制备

3.2.3 涡壳铸件铸造工艺模拟分析

3.3 涡壳铸件试生产及金相组织与性能分析

3.3.1 熔炼工艺和浇注工艺

3.3.2 金相组织及分析

3.3.3 机械性能及分析

3.3.4 涡壳铸件质量检测及工艺优化

3.4 小结

第4章 变质处理对奥氏体耐热不锈钢组织与性能的影响

4.1 化学成分分析

4.2 金相组织分析

4.3 X射线衍射（XRD）分析

4.4 电子探针（EPMA）分析

4.5 合金机械性能分析

4.6 讨论

4.7 小结

第5章 奥氏体耐热不锈钢的高温氧化行为研究

5.1 氧化热力学分析

5.2 氧化动力学分析

5.3 氧化膜表面形貌分析

5.3.1 氧化膜表面形貌宏观分析

5.3.2 氧化膜表面形貌SEM分析

5.4 氧化产物的XRD分析

5.4.1 GX40CrNiSi25-12奥氏体耐热不锈钢氧化产物的XRD分析

5.4.2 GX40CrNiSi25-20奥氏体耐热不锈钢氧化产物的XRD分析

5.5 小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录