硅固溶强化铁素体球墨铸铁组织及性能研究

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日期： 年 月 日
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摘要
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硅固溶强化铁素体球墨铸铁是利用硅元素的石墨化、铁素体化及固溶强化 作用所制备的全铁素体铸态球墨铸铁。其基体组织为高固溶态铁素体，综合力 学性能好、屈强比高，可实现球墨铸铁件的轻量化；硬度均匀，机加工性能优 异；无需热处理，降低了能耗及生产成本。
本论文在保持共晶碳当量的前提下，通过调节硅、碳含量设计化学成分， 采用合成铸铁工艺制备硅固溶强化铸态铁素体球墨铸铁，使用金相显微镜、扫 描电子显微镜、布氏硬度计、X 射线衍射仪等仪器对其组织、力学性能、耐腐蚀 性能及抗氧化性能的变化规律进行了研究，并分析了其变化机理。
Microstructure and Properties Study of Silicon Solution Strengthened Ferrite Cast Iron
By QianqianWang Supervisor: Professor Yufu Sun
Engineer Jingyu Zhao Material Processing Engineering School of Materials Science and Engineering
随着硅含量的增加，硅固溶强化铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度及 布氏硬度逐渐增大，常温冲击功逐渐降低，韧脆转变温度逐渐提高。其抗拉强 度 为 571.0MPa~684.3MPa ， 屈 服 强 度 为 442.6MPa~577.6MPa ， 布 氏 硬 度 为 190HBW~232HBW，且布氏硬度随铸件壁厚的增加波动较小，仅为 10HBW。随 着硅含量的增加，伸长率呈现先升高后降低的趋势，硅含量为 3.93wt.%时最高， 为 23.2%。
硅固溶强化铁素体球墨铸铁的耐腐蚀性能随着硅含量的增加逐渐增强，硅 含量为 3.60wt.%时，腐蚀速率为 0.0232g·m-2·h-1，耐腐蚀性约为混合基体球墨铸 铁的 2 倍；硅含量为 4.48wt.%时，腐蚀速率为 0.0033g·m-2·h-1，耐腐蚀性约为混 合基体球墨铸铁的 13.4 倍。
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学 校 代 码 10459
学号或申请号 201312192278
密
级
硕士学位论文
硅固溶强化铁素体球墨铸铁组织及 性能研究
作者姓名：王谦谦 导师姓名：孙玉福教授
赵靖宇工程师 学科门类：工学 专业名称：材料加工工程 培养院系：材料科学与工程 完成时间：2016 年 5 月
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A thesis submitted to Zhengzhou University for the degree of Master
III
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Abstract
The corrosion resistance of Si solution ferrite ductile iron increased with the increasing of Si content. When the content of Si is 3.60wt.%, the corrosion rate is 0.0232g·m-2·h-1, twice of traditional ferrite-pearlite ductile iron. When the Si content reach 4.48wt.%, the corrosion resistance of Si solution strengthened ferrite cast iron is best and the corrosion rate reach 0.0033g·m-2·h-1, thirteen times of traditional ductile iron.
研究结果表明：硅含量为 3.73~4.48wt.%时，硅固溶强化铁素体球墨铸铁的 基体组织为纯铁素体，硅元素在基体组织中均匀分布。且随着硅含量的增加， 铁素体晶粒尺寸逐渐减小。硅含量为 3.60~4.48wt.%时，硅固溶强化铁素体球墨 铸铁球化等级为 2~3 级，石墨尺寸为 6 级。随着硅含量的增加，石墨数量基本 保持不变，尺寸有所减小。
I
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摘要
基体组织为单一铁素体，石墨球化等级为 2~3 级，尺寸为 6 级，抗拉强度、屈 服 强 度 、 伸 长 率 可 分 别 达 到 571.7MPa~632.7MPa 、 457.0MPa~532.7MPa 和 18.2%~23.2%，综合力学性能较好，硬度分布均匀，加工性能好，且抗氧化性能 及耐腐蚀性能均较混合基体球墨铸铁显著提高。 关键词：硅固溶强化球墨铸铁 力学性能 耐腐蚀性能 抗氧化性能
硅固溶强化铁素体球墨铸铁的氧化速率随着硅含量的增加逐渐降低，抗氧 化性能逐渐增强。硅含量为 3.60wt.%时，氧化速率为 0.330g·m-2·h-1；硅含量为 4.48wt.%时，氧化速率为 0.188g·m-2·h-1，抗氧化性能为混合基体球墨铸铁的 9.22 倍。
综上所述，硅含量在 3.73wt.%~4.25wt.%时，硅固溶强化铁素体球墨铸铁的
The results shows that the nodularizationgrade of graphite is approximately 2-3, and graphite size is6-7 magnitude in all the samples which containing 3.60wt.%~4.48wt.%silicon. With the increase of silicon, the quantity of graphite didn’t changed obviously, but the size of graphite reduced and the matrix also changed. When Si content is 3.60wt.%, the matrix of silicon solution strengthened cast iron is ferrite and pearlite. When the content of silicon is more than 3.73wt.%, the matrix is pure ferrite. The grain size of ferrite becomes smaller with the increasing of Si content.
The oxidation resistance of Si solution strengthened ferrite cast iron increased with the increasing of Si. When the Si content is 3.60wt.%, the oxidation rate is 0.33g·m-2·h-1. When the content of Si reach 4.48wt.%, this ductile iron have the best oxidation resistance and the oxidation rate is just 0.188g·m-2·h-1. The oxidation resistance of ductile iron containing Si in this experiment is ten times compared with traditional ductile iron.
The tensile strength and yield strength increased with the Si content increasing, when the Si content is 3.60wt.%, the tensile strength and yield strength are 570MPa and 440MPa,when the Si content is 4.48wt.%, the tensile strength and yield strength reach 688MPa、580MPa. The elongation of silicon solution strengthened ferrite cast ironshowed a fluctuation, when the content of Si is 3.93wt.%, the elongation reach 24%. The hardness of this ductile iron is also increased with the increasing of Si,the fluctuation is just between 10HBW. The impact toughness in room temperature and ductile brittle transition temperatureare also increased with the increasing of Si content.
May 2016
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