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【6h】

6K缸蓋用灰鑄鐵的Nb微合金化研究

 
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1 緒 論

1.1 鈮對(duì)灰鑄鐵力學(xué)性能的影響

1.2 鈮對(duì)灰鑄鐵組織的影響

1.3 課題來(lái)源和背景

1.4 6K缸蓋簡(jiǎn)介

1.5 缸蓋問題及解決方案

1.6 研究目的和內(nèi)容

2 試驗(yàn)方法

2.1 材料準(zhǔn)備和鑄造工藝

2.2 金相檢驗(yàn)

2.3 力學(xué)性能測(cè)試

2.4 氣缸蓋工藝驗(yàn)證試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)

3 Nb對(duì)灰鑄鐵試樣組織及性能的影響

3.1 金相組織

3.2 力學(xué)性能

3.3 成熟度

3.4 Nb對(duì)灰鑄鐵組織及性能的影響機(jī)理

3.5 本章小結(jié)

4 Nb微合金化高強(qiáng)度灰鑄鐵氣缸蓋的開發(fā)

4.1 工藝驗(yàn)證

4.2 臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證

4.3 本章小結(jié)

5 結(jié) 論

致謝

參考文獻(xiàn)

附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄

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摘要

6K缸蓋是6K發(fā)動(dòng)機(jī)上最重要的零件之一。為了提高缸蓋的使用壽命,在灰鑄鐵中添加微量合金元素成為選擇材料時(shí)的一種有效措施。本課題目的是:在國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的灰鑄鐵材料基礎(chǔ)上,通過(guò)Nb的微合金化,提高6K缸蓋的綜合力學(xué)性能,但不顯著提高成本,使其滿足應(yīng)用要求。
　　本文通過(guò)對(duì)灰鑄鐵試樣金相組織與力學(xué)性能的檢測(cè),分析了Nb在灰鑄鐵中的存在形式,Nb對(duì)灰鑄鐵組織和性能的影響規(guī)律及機(jī)制,并在此基礎(chǔ)上,探討了Nb對(duì)6K缸蓋組織與性能的影響,確定了Nb最合適的添加量。最后開發(fā)出一種Nb微合金化高強(qiáng)度灰鑄鐵氣缸蓋,滿足了應(yīng)用要求。
　　研究表明,Nb在灰鑄鐵中以三種形式存在:(1)灰鑄鐵凝固之前,Nb與C結(jié)合,形成細(xì)小的NbC粒子存在于鐵液中,這些粒子可以成為石墨的核心,起到孕育作用,導(dǎo)致石墨和共晶團(tuán)的細(xì)化;(2)溶解在基體中,導(dǎo)致固溶強(qiáng)化;(3)形成富鈮相鑲嵌在共晶團(tuán)邊界上,這是Nb最主要的存在形式。富鈮相是Nb、Mo和Ti的碳化物,呈條棒狀(包括Y型和V型),長(zhǎng)度為2-30μm。
　　Nb的加入,能使珠光體轉(zhuǎn)變溫度降低,共析過(guò)冷度增加,再加上固溶Nb的拖拽作用阻止了碳原子的擴(kuò)散,導(dǎo)致珠光體片間距的減小。條狀富鈮相沿共晶團(tuán)邊界析出消耗了凝固后期鐵液中的部分C元素,阻止了大塊晶界碳化物和磷共晶的形成,使得碳化物和磷共晶的細(xì)化。添加微量鈮后,珠光體片間距減小,石墨、共晶團(tuán)、碳化物及磷共晶得到細(xì)化,再加上固溶于基體中的Nb產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。因此,鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、韌性、疲勞性能及熱疲勞性能同時(shí)提高。
　　當(dāng)Nb含量為0.20％時(shí),抗拉強(qiáng)度和沖擊功均出現(xiàn)最大值,且疲勞壽命和熱疲勞壽命也比無(wú)Nb試樣有明顯提高,對(duì)于模擬氣缸蓋的板材,強(qiáng)度達(dá)到342MPa,成熟度高達(dá)1.20,表明此時(shí)的灰鑄鐵材料有很高的冶金質(zhì)量。因此,我們把0.20%確定為Nb在氣缸蓋中最合適的添加量。
　　在原有的HT250材料成分中,我們通過(guò)添加0.20%的Nb元素并澆注出氣缸蓋本體,成功開發(fā)出一種Nb微合金化高強(qiáng)度灰鑄鐵氣缸蓋。這種氣缸蓋,本體強(qiáng)度均在300MPa以上,強(qiáng)度達(dá)到HT300牌號(hào)的要求。氣缸蓋通過(guò)了1000小時(shí)冷熱沖擊耐久性和2000小時(shí)十一工況耐久性臺(tái)架試驗(yàn)考核,滿足使用要求。

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