低膨胀铸铁的工艺和性能研究

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1、摘要随着科技的日益发展，微细化和精细化成为技术发展的主流方向之一。在高精密加工、半导体制造、电器产品以及航空材料制造等，会因为热效应而引起工件尺寸精密度的改变，从而导致了材料的失效。这对于机器设备的精度和稳定性提出了更高的要求。因此对温度变化敏感较低的低膨胀材料成为制造这些精密仪器和设备的首选材料。传统的低膨胀材料对成分要求严格，铸造性能和加工性能较差，这在一定程度上制约了低膨胀材料的产业化生产和推广。低膨胀铸铁材料在传统低膨胀材料中添加一定量的C、Si，使得组织中形成了一定量的石墨，从而获得了较为良好的铸造性能和加工性能。目前国内外

2、对低膨胀铸铁材料的研究较少，缺乏指导生产实践的理论和数据基础，因此展开对低膨胀铸铁材料的基本结构、主要元素作用、基础铸造工艺、热处理工艺性能等的研究显得非常实用和有意义。本研究首先在实验室条件下研制出低膨胀铸铁材料，随即展开对其组织结构的研究，并通过不同成分配比，了解其中主要元素Ni对低膨胀铸铁材料线膨胀系数的影响；通过阶梯型试样的浇注，配合计算机模拟铸造技术，了解该合金的基础工艺性能(包括充型性能、收缩性能、凝固性能、铸件敏感性等)；通过不同热处理方案对比、动态热处理实验寻找合适的热处理工艺，并对热处理工艺进行合理解释和优化。在传统

3、的低膨胀铸铁材料中，贵金属Ni元素的比例含量较高，导致该合金材料的生产成本较高，不利于广泛推广和应用。在保证一定线膨胀系数范围的情况下，尝试使用较为经济的金属元素取代或者部分取代其中的贵金属元素，以降低其生产成本。选择Cu、Mn元素作为Ni替代的备选元素，在此基础上研究Cu、Mn元素对低膨胀铸铁材料的线膨胀系数特性的影响，选择影响较小的，即为能够适当取代Ni的元素，研究其铸造工艺和热处理工艺。利用固体物理、统计物理学的关于晶体膨胀性能的相关性质，推导出在理想晶体状态下，影响其膨胀性能的主要因素，并结合实际情况尝试解释了Cu、Mn元素对

4、低膨胀铸铁材料的线膨胀系数存在不同影响的原因。关键词：低膨胀铸铁；铸造工艺；热处理工艺；Cu；MnVABSTRACTMicro-refinementandhigh—precisionhavebeenoneofthemajortrendswiththedevelopmentoftechnology．Intheareasofhigh—precisionprocessing,semiconductorproducing,electricalproducts，aeromaterial，etc，degreeofsizeprecisionsome

5、timeswouldbechangedbyheateffect，whichcouldleadtotheinactivationofmaterial．Ithasbroughtmorerequirementofprecisionandstabilityofthetools．Sothelowexpansionmaterialshavebeenthefirst—chosenproductstomanufacturesuchequipments，whichhaslowsensitivetothetemperaturechanged．Tradit

6、ionallowthermalexpansionmaterialshavestrictlydemandtothecomponents．Itscastingandprocessingcharactersarenotverygood，whichlimittoitsmanufactureandpromotionatac脚ainextent．Lowthermalexpansioncastironad(1sacertainquantitiesofelementC，Sitothetraditionallowexpansionmaterial，wh

7、ichbdngsomegraphiteinthemicrostructure．Sothelowthermalexpansioncastironhasgoodcharactersofcastingandprocessing．TillnOWthereisverylittleresearchonlowthermalexpansioncastironindomesticandf．o面印，SOlackoftheoryanddatatodirectthepracticalproduce．Itmaybeveryutilityandmeaningfu

8、ltoresearchthelowexpansioncastirononthebasicstructure，effectofmajorelement，basiccastingtechnique，heattreatment