球墨铸铁表面激光重熔工艺试验-毕业论文

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1、球墨铸铁表面激光重熔工艺试验1引言自20世纪中叶起,人们发明了球墨铸铁这一综合性能接近于钢的高强度铸铁材料。从此，由于球墨铸铁所具有着良好的综合力学性能、简单的生产工艺、优良耐磨性能、成本低廉等优点，同时由于其强度和塑性又接近常规钢材,因而在国民经济的各行各业中有着广泛的应用,已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件，并已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料，而且其应用范围还在日趋扩大。所谓“以铁代钢”，主要就是指球墨铸铁。为了改善工件性能，同时又能节省昂贵材料的使用，在工件表面制备覆

2、层成为一种非常常用的方式。目前，堆焊、热喷涂和等离子喷焊等制备覆层工艺在工业中都得到了较多的应用。与上述表面强化技术相比，激光重熔也有许多的优点，激光重熔可以在普通金属材料表面获得高硬度、高耐磨性和高温性能的改性层;同时可保持心部较好的韧性。激光表面重熔方法具有功率密度高工件变形小、工艺简单,耐蚀性好、冲击韧性高、疲劳强度高的特点。特别是激光重熔的凝固界面的温度梯度可高103km,凝固速度高达每秒数米,可以获得超细组织和结构,因此激光重熔技术近年来在材料表面改性技术方面得到广泛应用。本文就是主要研究球墨铸铁表面激光重熔

3、工艺。关键词：激光熔覆，球墨铸铁，激光重熔2球墨铸铁2.1球墨铸铁的诞生球墨铸铁诞生于上世纪中叶，从当年有记载的历史资料可确定：从发现到制取，再到工业化生产，基本上集中在德国亚琛工业大学铸造研究所、英国铸铁研究协会、和美国国际镍公司三个单位进行。人们对英国人莫罗（HMorrogh）发明铸态球墨铸铁或许有印象，但对其他两个单位在此领域所做的工作恐怕就知之甚少，甚至毫无所知了。2006年“第八届国际铸铁科学与工艺学术会议”上，长期从事球铁研究的美国威斯康星大学麦迪逊分校材料科学与工程学院教授CRLoperJr发表了题为“球

4、墨铸铁生产技术状况”的主旨报告，以80%的篇幅叙述了球墨铸铁的发现过程。文章引用了大量原始资料，复印了当时的现场记录作为旁证，十分具体地说明了英国铸铁研究协会以及美国国际镍公司有关球墨铸铁发明的工作过程，对历史的是非真伪、纵横经纬也叙述得极其清楚，令人有如亲临其境、身处现场。1900年，FWüst将Al、Na、Mg用于对铸铁铁液作净化处理用的化学活性较强的元素，其中Mg排在首位。1902年，Aledbeur在液态铁中加入少量Mg，使铁成为可轧制的金属材料[4]。1908年，希腊某化工厂用Fe-Mg以及Mg-Fe-Si合

5、金对铸铁进行脱氧处理，可明显改进铸件质量，提高性能的均一性。1920年，德国人Pistor、Beielstein和Beck发明了成分为：w（Si）10%~40%、w（Mn）0~20%、w（Fe）0~10%、其余为Mg的中间合金，对钢铁的脱氧净化效果明显，获得了美国专利（专利号：1461643）。Mg使铸铁的质量更均匀，抗拉强度提高，他们建议中小铸造车间可用Mg、Al、Fe或Ni自行配制中间合金，只要加入w（Mg）0.05%~0.01%就足以得到较好的效果。专利的附件中列出了实例，向流态SiFe中加入Mg或Mg-Al、M

6、g-Ni即可。1922~1931年，密烘公司的创始人EMeehan先生在此期间曾获得四项制取球状石墨的美国专利，建议向铁液添加Ca、Mg、Ba、Li、Te（单独添加或者与Cr、Ni、Ti以化合物方式添加），但均未获成功。后来改为自己公司1941年创造的专利，用碲（Te）作激冷元素，加Si-Ca进行孕育处理，得到了球状石墨。但此工作没有继续进行。1933年，德国亚堔工业大学铸造研究所所长Piwowarsk提出用铅（Pb）与Ca、Sr、Ba、Li、Mg元素之一分别组合添加，降低铁液共晶温度（等同于加大过热），从而增加凝固时

7、的过冷度，促使石墨向球状转变。由于没有解决处理包的结构问题，危险性大，没能坚持试验而中断。1930~1934年，Piwowarsk积极开展了包内冶金技术的研究与应用，例如：包内脱氧去硫、包内合金化、包内处理等，以便提高包内加Mg球化处理的操作技能，改进处理方法。1933年，Piwowarsky的高风温（300~700℃）冲天炉获专利权。高风温热风冲天炉熔炼出的铁液出炉温度高、原始w（S）量低，利于球化处理。1939年，CAdey用Mg成功生产了球墨铸铁，在德国获专利授权。【球墨铸铁诞生与发展的历史真相】2.2球墨铸铁的

8、发展铸铁是首先被工业大批量使用的金属材料。虽然它在众多领域处于后来居上的地位，例如钢、非铁铸造合金、复合材料、塑料等所代替，但由于铸铁材料本身铸造性能好、节能、易回收等特点，以及高强度灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、等温淬火球墨铸铁等技术发展，至今仍处于铸造合金产量最高的地位。在当今社会，铸铁产量虽然正逐渐缩减，但是在铸铁件这个大家庭