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耐熱球墨鑄鐵材料由于具有良好的力學(xué)性能、耐熱性能及高溫下抗氧化、抗疲勞性能等特點(diǎn),正逐步取代某些鋼來制造耐熱模具,獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。本文研究了耐熱球墨鑄鐵模具材料的耐熱性能、抗高溫氧化性能、抗疲勞性能及耐磨性能,為其在代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鍛鋼生產(chǎn)沖壓件模具等方面提供了重要的理論和實(shí)踐依據(jù)。 采用正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化了材料中合金元素Si、Mn、Cr的佳配比;利用光學(xué)顯鏡觀察了球墨鑄鐵的金相組織;利用HB-3000型布氏硬度計(jì)測量了球墨鑄鐵的硬度;通過CSS-44000型電子試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料的拉伸性能進(jìn)行了表征;采用氧化增重法衡量了材料的抗高溫氧化性能;觀察熱疲勞裂紋的SEM照片分析了材料的抗熱疲勞性能;使用MG-2000型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),考察了干摩擦條件下材料的摩擦磨損性能,綜合分析了合金元素的添加比例、施加載荷、磨損時(shí)間對(duì)材料摩擦磨損性能的影響,探討了其磨損失效機(jī)理。 結(jié)果表明:綜合考慮力學(xué)性能、耐熱性能、耐磨性能等方面的重要性,優(yōu)化合金元素配比為Si5.5 wt.%、Mn0.6 wt.%、Cr0.8 wt.%;不同含量的合金元素對(duì)材料組織的影響也有所區(qū)別,合理控制合金元素添加量,能夠獲得抗氧化性能、抗疲勞性能好的球墨鑄鐵;摩擦磨損工藝參數(shù)的不同,摩擦質(zhì)量損失和摩擦系數(shù)也有所不同。
鑄鐵的熱處理后只能改變基體組織,不能改變石墨的形態(tài),因而不可能明顯提高灰鑄鐵件的力學(xué)性能。灰鑄鐵的熱處理主要用于鑄件內(nèi)應(yīng)力和白口組織,穩(wěn)定尺寸,改善切削加工性能,提高表面硬度和耐磨性等。 內(nèi)應(yīng)力退火 用以鑄件在凝固過程中因冷卻不均勻而產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力,防止鑄件產(chǎn)生變形和裂紋。其工藝是將鑄件加熱到500~600℃,保溫一段時(shí)間后隨爐緩冷至150~200℃以下出爐空冷,有時(shí)把鑄件在自然環(huán)境下放置很長一段時(shí)間,使鑄件內(nèi)應(yīng)力得到松弛,這種方法叫“自然時(shí)效”,大型灰鑄鐵件可以采用此法來鑄造應(yīng)力。 石墨化退火 以白口組織,降低硬度,改善切削加工性能。方法是將鑄件加熱到850~900℃,保溫2~5小時(shí),然后隨爐緩冷至400~500℃,再出爐空冷,使?jié)B碳體在保溫和緩冷過程中分解而形成石墨。 表面淬火 提高表面硬度和延長使用壽命。如對(duì)于機(jī)床導(dǎo)軌表面和內(nèi)燃機(jī)汽缸套內(nèi)壁等灰鑄鐵件的工作表面,需要有較高的硬度和耐磨損性能,可以采用表面淬火的方法。常用的方法有高(中)頻感應(yīng)加熱表面淬火和接觸電阻加熱表面淬火。[1] 牌號(hào)應(yīng)用 按GB/T 9439-1988規(guī)定,根據(jù)直徑30mm單鑄試棒的抗拉強(qiáng)度,將灰鑄鐵分為六個(gè)牌號(hào)。灰鑄鐵的牌號(hào)是由“HT”(“灰鐵”兩字漢語拼音字首)和小抗拉強(qiáng)度σb值(用φ30mm試棒的搞拉強(qiáng)度)表示。例如牌號(hào)HT250表示φ30mm試棒的小抗拉強(qiáng)度值為250MPa的灰鑄鐵。設(shè)計(jì)鑄件時(shí),應(yīng)根據(jù)鑄件受力處的主要壁厚或平均壁厚選擇鑄鐵牌號(hào)。
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