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可锻铸铁的合金化技术一直是工程材料领域研究的一个难点问题。由于含适量硼、铬合金元素的可锻铸铁的团絮状石墨较为细小、弥散、均匀,且能保证珠光体基体上有适量弥散的硬质相存在,故力学性能和耐磨性较好,其硬度和耐磨性可达到铸钢的性能指标。特别是有较高的韧性和强度,可用于承受较高的冲击、振动及扭转负荷下工作的零件。加之可锻铸铁的铸造性能良好,易于组织流水线生产。而国内机械行业中许多耐磨件如履带、齿轮、压缩机滑片等铸钢件由于铸钢的流动性差的原因,废品率居高不下,造成成本上升。因此研制含有适量硼、铬合金的可锻铸铁以取代铸钢件具有重要的工程应用价值。
但是,对于硼、铬合金可锻铸铁的系统研究却鲜有成果发表,仅有的研究也只限于试验结果和应用,对机理的研究极少。所以,在系统试验的基础上探明硼、铬合金化对可锻铸铁组织与性能的影响机理,具有重要的理论意义。
本文重点研究了硼在可锻铸铁中的综合作用。试验结果表明:1)硼含量在0.01%以下,硼的作用主要是促进石墨化;2)硼含量在0.01%-0.06%,硼的作用主要是细化石墨和基体组织,保证珠光体基体,可获得最佳的力学性能;3)硼含量在0.06%以上,硼的主要作用是阻止渗碳体分解,其作用机理主要是反石墨化,使力学性能下降。由此得出硼在可锻铸铁中的最佳成分范围应在0.035跖-0.040%之间。试验结果表明:铬在可锻铸铁中的最佳成分范围在0.03%-0.04%之间,可使石墨的形态和分布最好,基体组织也得到了细化。
此外,本文进行了几个相关问题的理论探讨:1)关于B4C的形成区域问题;2)关于晶界处的异质形核问题。建立了反石墨化与细化石墨的简化模型;建立了细化基体组织的简化模型,由此确定了硼在可锻铸铁中的反石墨化和细化基体组织的理论依据。
综合上述研究可以得出,本文研制的合金化可锻铸铁是一种极有前景的工程材料,它不仅能较好的解决石墨形态、分布问题,而且能够解决基体组织的细化问题,因而可获得最佳的综合力学性能。