[精品]金属凝固学课程论文

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1、水淬并冷处理到零度以下铸铁的凝固学研究摘耍：比较用水淬火再用液氮深冷处理的过共品铸铁试样和具冇相同化学成分砂型铸造出的铸铁试样（未淬火）的凝固特性。本文特别研究了它们的凝固特性、共晶团的数量、晶粒尺寸以及这些因素对材料强度、断裂韧性等机械性能的作用和影响。AbstractHypereutecticcastironspecimenscastusingchillsthatwerewater-cooledandliquid-nitrogen-cooledwerecomparedwithspecimensofthesamechem

2、icalcompositionwhichweresandcastwithoutanychill.Thesolidillcationbehaviour,numberofeutecticcells,grainsizeandtheeffectsoftheseonthemechanicalpropertieslikestrengthandfracturetoughnesswererecordedandanalysedinthispaper.1.介绍1.1淬火铸铁淬火后的铸铁具冇鬲的强度、硕度、韧性和良好的耐磨损性能。虽然对砂烈浇注

3、铸饮的凝固模型和组织冇做了人量的研究并获得了充足的数据，但是对水淬铸铁的凝固模型、纽•织结构、品粒尺寸以及这些因索对材料强度、断裂韧性的彩响研究的不够。这就使得本文对水淬再液氮深冷的铸铁凝固学特性的研究显得尤为重要。之所以选择这-系列水淬铸铁作为现阶段的研究对象，是因为不同的微观组织结构产生较大差别的强度和断裂韧度分布。1.2凝固过程的冷去速率的影响通常悄况下，浇注过程的凝尚速率是根据热交换特性设计好的，一个重要的影响因素就是金属熨。ill于具冇良好的导热性，金属型在浇注的整体凝固阶段能产生较强的急冷作用。因此，高的冷却速

4、率使得铸铁具冇更好的性能。淬火首先使得纟n.织更加细化，然后使得降温曲线更加陡悄，凝固更具方向性。高的凝固速率使铸铁组织细化，为铸铁进一步获得高强度高断裂韧性成为可能。将熔态金属过冷到较低温度能增加有效凝固形核核心，这与生长速率有关。而后者•受结晶潜热的释放率所影响。相反的，慢的冷却速度使得凝固核心较少并产生粗大的组织。强冷的细化作用既对原始晶粒尺寸产生作用，也影响到亚结构，对后者彩响的是生长过程而不是形核。因此，不同冷却速率明显影响到树枝晶尺寸、晶粒尺寸和微观结构，并进一步影响到机械性能。选择铜作为重要的合金元素是因为它

5、对过共晶铸铁强烈的细化晶粒的作用。结合以上分析的内容，研究工作按以下目的来展开：1）获得共晶团数目和晶粒尺寸的数据，表征各种冷却速率下的组织微观结构；2）分析凝固过程的数据；3）综合考虑极限抗拉强度、断裂韧性、珠光体组织、共晶团尺寸和微观结构。1.3过去的研究极限抗拉强度、断裂韧性和®!度等铸铁的性能对铸造工艺的操作者很重耍。这些性能主要受到化学成分，石墨形态、石墨含量共晶团数11等微观结构特性的影响。正如大多数铸造冶金工作者所知,铸铁的化学成分决定了石墨的数量和形态，同时在-•系列冷却条件下，金屈基体的冶金特性也受到其影

6、响。在解释灰口铸铁（稳定）和白口铸铁（不稳定）的凝固学特性上冷却llll线得到了很好的应用,通常悄况下，也能很好地解释介金元素和冷却速率对铸饮凝固特性的影响。大量过冷说明缺少作为共晶团屮心的凝固形核核心。在一篇研究灰铸铁断裂机理的文章屮，作者发现极限抗拉强度和断裂韧度都随若共晶团尺寸的増加而线性地下降。Suzuki和Kayama都在他们各自的研究中证实剩余右墨形核是通过共晶团进行的，共晶团的数量促进了形核率。DeHoff和Rhines推演了一个能够计算单位体积内共品团数量的等式，通过这种方法能够计算岀单位体枳内共晶团的数量

7、和平均半径。Fedriksson和Hillert研究了可控条件下，不同凝固速率铸铁合金中的石墨沉淀析出过程。因为在凝固前出现大范用的成分过冷，共晶液相的形核非常困难。如呆没有形核成稳定的共晶结构，那么铁水将过冷形成奥氏体。低的共晶温度能反映铸铁过冷能力大小、初生奥氏体沉淀量多少和淬火的难易。现已证实，奥氏体树枝品的相互作用是影响铸铁极限断裂强度的主要因素。绘重耍的是能够认识到这种胞状结构是由奥氏体树枝晶沉淀而成。这种胞状结构与先凝固树枝晶相符并依附其生长。先凝固的树脂晶结构构成胞状组织的骨架，并显苦影响其形核和生长。RiM

8、和Wallace证实随着共晶胞状数目的增多，石墨贯穿作用和应力集中显著降低，极限抗拉强度显著升高。Dawson和Oldfield提出了一个冇建设性的胞状尺寸分级方法。2.试验过程2」材料的制备衣1给出了铸铁的合金元素含量，这儿组试样都在144CTC浇注，但冷却速率不同。试样A液氮淬火铜端冷；试样B水淬火