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《武汉纺织大学》 2016年
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功率超声波处理对ADI组织及性能影响的研究

刘欢  
【摘要】:等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron,简称ADI),是一种由球墨铸铁通过等温淬火热处理得到的以针状铁素体和富碳奥氏体组成的奥铁体为主要基体的高性能铸造合金。ADI具有优良的综合使用性能,例如高强度、高塑性、抗震减噪、质量轻、耐磨等,在国内外获得迅速发展,被誉为材料领域近40年重大成就之一。超声波是指频率超过人耳听觉上限(20KHz)的声源,目前主要应用领域集中在超声波检测、超声波清洗和基础应用研究等方面。超声波用于细化金属领域虽然起步较晚,但其所表现出来的高效、绿色环保等特点使其成为继异质形核技术和温度控制处理技术之后,物理场处理技术中用于金属凝固控制领域的热点技术和挖掘金属材料潜能的新途径。目前超声波细化技术研究主要在轻金属合金和钢方面,本文将其引入到ADI毛坯制造中,是超声波处理技术在铸铁熔体处理方面的一次新的实践,具有一定的理论意义和较强的实用价值。本文将超声波引入到球墨铸铁的凝固过程,通过改变超声波功率和超声波处理时间,尽可能确保其它条件基本上一致的情况下,研究超声波对ADI组织和性能的影响。变化参数分别设定为100W、200W、300W和10S、20S、30S,两两交叉,包括未处理试样在内,共进行10组实验,采用比较分析法对实验数据进行处理。通过金相显微镜、X射线衍射仪等设备对获得的各试样进行定性、定量分析,并利用相关实验设备对每组ADI试样的抗拉强度、伸长率、硬度和冲击韧性等力学性能进行测定,寻找其变化规律,分析ADI试件力学性能改变机理。通过对试验数据和照片比较分析,结合现今已掌握的ADI知识、超声波细化技术和金属材料学相关理论知识,探索了超声波对金属熔体组织的细化机理。获得的成果将有利于丰富ADI理论知识,优化ADI生产工艺过程,指导高性能ADI材料的生产技术发展。
【关键词】:ADI 超声波 组织细化 力学性能
【学位授予单位】:武汉纺织大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG255;TG663
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 1 绪论9-25
  • 1.1 ADI简介9
  • 1.2 ADI的优良性能9-10
  • 1.3 ADI的发展10-13
  • 1.4 ADI的应用13-15
  • 1.5 超声波及其研究发展15-20
  • 1.5.1 超声处理对金属熔体凝固的作用15-16
  • 1.5.2 影响金属熔体超声细化效果的主要因素16-18
  • 1.5.3 超声处理对细化金属凝固组织的研究现状18-20
  • 1.6 研究背景及意义20-22
  • 1.7 研究内容22
  • 1.8 拟采用的技术路线图22-24
  • 1.9 本章小结24-25
  • 2 ADI试样制备25-36
  • 2.1 优质球铁毛坯件的制备25-29
  • 2.1.1 化学成分设计25-27
  • 2.1.2 原材料的选择27-28
  • 2.1.3 球墨铸铁的熔炼28
  • 2.1.4 球化孕育处理28-29
  • 2.1.5 浇注29
  • 2.2 超声波处理29-30
  • 2.3 热处理工艺30-32
  • 2.4 试样制备及实验设备32-35
  • 2.5 本章小结35-36
  • 3 超声波处理对ADI组织影响分析36-45
  • 3.1 超声波处理对铸态组织的影响36-40
  • 3.2 超声波处理对ADI组织的影响40-41
  • 3.3 残余奥氏体量计算41-44
  • 3.4 本章小结44-45
  • 4 超声波处理对ADI性能影响分析45-54
  • 4.1 拉伸测试45-47
  • 4.1.1 抗拉强度和伸长率测试方法45
  • 4.1.2 抗拉强度和伸长率测试数据获取45-47
  • 4.2 硬度测试47-49
  • 4.2.1 硬度测试方法47-48
  • 4.2.2 布氏硬度实验数据获取48-49
  • 4.3 冲击韧性测试49-53
  • 4.3.1 冲击韧性测试方法49
  • 4.3.2 冲击韧性数据的获取49-51
  • 4.3.3 冲击韧性断口形貌51-53
  • 4.4 本章小结53-54
  • 5 超声波细化金属组织机理分析54-60
  • 5.1 超声波对形核率的影响54-57
  • 5.2 超声波对过冷度的影响57-58
  • 5.3 本章小结58-60
  • 6 总结与展望60-63
  • 6.1 主要结论60-61
  • 6.2 展望61-63
  • 参考文献63-68
  • 附录68-69
  • 致谢69

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