一种新型实用低碳当量球墨铸铁的研制

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。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1球墨铸铁的诞生及发展

1.1.1国外发展概况

1.1.2国内发展概况

1.1.3低碳球墨铸铁研究概况

1.2球墨铸铁的理论及生产

1.2.1球铁的凝固

1.2.2晶核形成

1.2.3生长

1.2.4球铁的生产

1.2.5热力学分析技术在球铁中的应用

1.3铸态球墨铸铁

1.4选题的目的和意义

第二章实验材料及实验方法

2.1实验材料及变质剂的选择

2.1.1基本化学成分的确定

2.1.2变质剂的选择

2.2铁液的熔炼及试样制备

2.2.1铁液的熔炼

2.2.2球化及孕育处理

2.2.3试样制备

2.3分析及测试方法

2.4本章小结

第三章增碳处理对球铁组织和性能的影响

3.1前言

3.2增碳剂的选择

3.2.1增碳剂的分类

3.2.2增碳剂的物理形态及其在冶金方面的影响

3.3增碳处理工艺的确定

3.3.1合理选用增碳剂

3.3.2增碳剂粒度对增碳时间及增碳率的影响

3.3.3增碳率的确定

3.3.4增碳剂的加入方法

3.4增碳处理对球墨铸铁微观组织的影响

3.5增碳处理对球墨铸铁力学性能的影响

3.5.1增碳工艺对铸铁强度和白口倾向的影响

3.5.2增碳工艺对铸铁硬度和断面敏感性的影响

3.5.3增碳处理对球墨铸铁冲击韧性和延伸率的影响

3.6结论

第四章K/Na-RE复合变质对球铁组织和性能的影响

4.1前言

4.2复合变质处理对球墨铸铁微观组织的影响

4.2.1 K/Na对球墨铸铁微观组织的影响

4.2.2稀土对球墨铸铁微观组织的影响

4.3复合变质处理对球墨铸铁力学性能的影响

4.3.1对铸铁强度和白口倾向的影响

4.3.2复合变质处理对铸铁硬度和断面敏感性的影响

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

4.4结论

第五章一种新型实用低碳球铁的研究

5.1引言

5.2微观组织分析

5.3力学性能分析

5.3.1对铸铁强度和白口倾向的影响

5.3.2对铸铁硬度和断面敏感性的影响

5.3.3对冲击韧性和延伸率的影响

5.4结论

第六章结论

参考文献

致谢

附录 攻读硕士期间发表的论文