纳米SiO2对铸态球铁微观组织及力学性能的影响

作     者：赵宇 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曲迎东

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：球墨铸铁 纳米SiO2 非均质形核 微观组织 力学性能 

摘      要：铸态球墨铸铁具有良好的力学性能且生产成本较低,因此广泛应用于机械制造业。随着经济与科技的发展,人们对其性能要求变得更高。而传统的通过调控珠光体与铁素体比例的方式来获得高强度或伸长率的方法存在一定的弊端,为此,亟需通过不断地研究找到提升球铁性能的新途径。经过理论计算,SiO2与γ-Fe之间的二维晶格错配度为2.90%,经验电子理论的特征参量为1.759,这是初生γ-Fe非均质形核的基本条件。为了增大SiO2颗粒的密度,同时改善其与球铁基体的润湿性和相容性,本文采用高能球磨法对SiO2颗粒进行改性处理。通过外加的方式将改性纳米SiO2颗粒加入到球铁熔体中,纳米SiO2的加入量分别为0.25wt.%、0.50wt%及0.75wt.%。研究结果表明,添加不同含量的纳米SiO2后,铸态球铁室温下金相组织得到了明显的改善,球化率提高,单位面积内石墨含量增多,石墨球平均尺寸减小。其中添加0.50wt.%纳米SiO2的效果最为明显。球铁基体中铁素体组织得到明显细化,随着纳米SiO2含量的增加,铁素体晶粒度级别呈现出先增大后减小的趋势,添加0.50wt.%纳米SiO2球铁的铁素体晶粒度级别最大,即单位平方毫米内晶粒数最多,晶粒平均尺寸最小。珠光体层片间距明显减小,但含量略有降低。添加不同含量纳米SiO2球铁的室温拉伸性能均得到了提高,随着纳米SiC2含量的增加,球铁的抗拉强度及伸长率均呈现出先增大后减小的趋势,其中添加0.50wt.%纳米SiO2球铁的抗拉强度最高,可以达到471MPa,比未添加SiO2的试样提高了34MPa;此时的伸长率也最大,为26.42%,比未添加SiO2的试样提高了8.29%。实现了抗拉强度与伸长率的同时提高。添加0.50wt.%纳米SiO2后,球铁在室温下的冲击韧性提高了 7.67%。随着温度的降低,未添加与添加0.50wt.%纳米Si02球铁的冲击性能均呈现出下降的趋势。但添加0.50wt.%纳米SiO2后,球铁的韧脆转变温度发生了变化,由-50降低至-60,使材料能够服役于更低的温度环境。