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蠕墨铸铁耐磨性和抗热疲劳性能的研究

蠕墨铸铁耐磨性和抗热疲劳性能的研究

作者：李梦楠吉林大学

学位级别：硕士

目前改革进入深水区,经济下行压力较大,产能过剩成为制造业的红色警戒。转变思路,生产低能耗、更可靠的产品成为企业生存发展的不二法则。重型卡车作为交通运输的重要方式,安全性与可靠性受到制动鼓的制约,制动鼓在服役过程中承受着强... 详细信息

目前改革进入深水区,经济下行压力较大,产能过剩成为制造业的红色警戒。转变思路,生产低能耗、更可靠的产品成为企业生存发展的不二法则。重型卡车作为交通运输的重要方式,安全性与可靠性受到制动鼓的制约,制动鼓在服役过程中承受着强摩擦、高热负荷以及巨大的温度梯度,这使得材料的耐磨性和抗热疲劳性能成为制动鼓性能的关键。本文选择符合生产实际的新型工程材料—蠕墨铸铁作为研究对象,通过成分设计、性能研究得到了一种综合性能显著提高的蠕墨铸铁制动鼓材料。本文结合生产实际选择原材料与生产方式,采用商用球化剂RE-Mg-Si与自制干扰剂组成的蠕化剂进行蠕化处理,75硅铁包底冲入法进行一次孕育、硅钡合金倒包冲入法进行二次孕育。调整Cu、Sn含量使蠕墨铸铁的珠光体含量在5%,10%,20%,30%之间变化,调整Mg、Ti、Re含量使蠕化率在60%,70%,80%,90%之间变化。试样的抗拉强度在387MPa以上,延伸率在1.9%以上,硬度在160HB以上,机械性能良好,满足制动鼓材料的要求。摩擦磨损实验采用MG-2000型高温高速摩擦磨损试验机,销-盘磨损形式,研究了不同蠕化率和不同珠光体含量的蠕墨铸铁的耐磨性和摩擦系数稳定性,蠕墨铸铁为盘试样,对磨销取自商用卡车刹车片。蠕墨铸铁的耐磨性明显增强,相同条件下HT250的磨损量约为蠕墨铸铁的1.4.5倍,且随着载荷与磨损速度的增加,蠕墨铸铁的优越性更为明显。蠕墨铸铁的耐磨性随蠕化率升高而降低,并与珠光体含量成正比。其中Ru60的耐磨性比Ru90增加69%6%,P30的耐磨性比P5增加51%04%。蠕墨铸铁的摩擦系数较为稳定,在中低速度及载荷下,HT250的摩擦系数大于蠕墨铸铁,随着速度与载荷的增大,二者的摩擦系数都逐渐降低,但HT250的降幅更大,最终蠕墨铸铁的摩擦系数与HT250相当,甚至超过HT250。对不同蠕化率和不同珠光体含量蠕墨铸铁的抗热疲劳性能进行研究,采用吉林大学自制的自约束热疲劳试验机。在循环上限温度分别为350℃、550℃及800℃的热疲劳实验中详细观察了裂纹萌生与扩展过程。与HT250相比较,蠕墨铸铁热疲劳裂纹萌生较晚,最终裂纹长度也较小。蠕墨铸铁的蠕化率高,前期裂纹萌生早,但由于热传导性能较好最终的裂纹长度不大。珠光体含量升高,热疲劳裂纹长度呈先降低后升高的趋势。这是由于P5的强度较低抗热震性较差,裂纹萌生早,扩展期长;P30热导率低,松弛热应力能力差,最终裂纹最长;P20的机械性能与热传导性能达到最佳配合,抗热疲劳性能最好,裂纹长度最短。对装车实验失效的蠕墨铸铁制动鼓进行分析,其主要失效形式为热疲劳断裂,伴随着摩擦损伤。制动鼓的截面组织呈规律性变化,从非工作面到工作面,石墨逐渐粗大,基体组织的稳定性降低。正常行驶制动时,蠕墨铸铁材料产生的裂纹数目少,主裂纹比小裂纹大得多。制动载荷更大或速度更高的情况下,大多数裂纹都有机会扩展,表现出明显的龟裂特征。下陡坡长时间或频繁刹车等极端情况下,石墨氧化程度明显增加,珠光体粒化甚至发生马氏体转变,作用深度达400μm。

关键词：蠕墨铸铁蠕化率珠光体含量耐磨性抗热疲劳性

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球墨铸铁抗热疲劳性能的研究

热加工工艺 2004年第9期33卷 15-16,19页

作者：张志霞王宁张妍青山内蒙古工业大学材料学院内蒙古呼和浩特010062

研究了在不同的化学成分以及热处理条件下 ,不同基体组织的球墨铸铁的抗热疲劳性能。结果表明 :铁素体基体球铁的抗热疲劳性能最好 ,珠光体、贝氏体基体球铁的抗热疲劳性能不如铁素体基体的球铁 ;加入合金元素后。

关键词：球墨铸铁抗热疲劳性

含硫量对铝压铸模具钢H13抗热疲劳性能的影响

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材料科学与工艺 1984年第2期 10-16页

作者：杜丕锡 J.F.Wallace 吉林工业大学美国凯斯大学

内部水冷的 H13钢热疲劳试样交替地在熔融铝合金中加热和在空气中冷却,并依次在5000,10000,15000和20000次加热循环后,测量其最大热疲劳裂纹长度和总裂纹面积。试验结果指出,含硫量在0.003%到0.028%范围内变动,对抗热疲劳性能影响很小,... 详细信息

内部水冷的 H13钢热疲劳试样交替地在熔融铝合金中加热和在空气中冷却,并依次在5000,10000,15000和20000次加热循环后,测量其最大热疲劳裂纹长度和总裂纹面积。试验结果指出,含硫量在0.003%到0.028%范围内变动,对抗热疲劳性能影响很小,含硫量高达0.075%则严重降低 H13钢抗热疲劳性能,高含硫量对抗热疲劳性能的影响来自钢中存在较多的硫化夹杂物。

关键词：含硫量热疲劳性能 H13 热疲劳裂纹抗热疲劳性夹杂物

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球铁与铸钢的抗热疲劳性能的比较

内蒙古工业大学学报（自然科学版） 2004年第1期23卷 32-35页

作者：张志霞王宁张妍青山内蒙古工业大学材料科学与工程学院呼和浩特010062

本文研究了铁素体球铁、ZG20和ZG20CrMo的抗热疲劳性能.试验结果表明:ZG20CrMo的抗热疲劳性能最佳,ZG20的抗疲劳性能次之,铁素体球铁的抗热疲劳性能较差,合金元素的加入显著提高了铸钢的抗热疲劳性能.

关键词：球墨铸铁 ZG20 ZG20CrMo 抗热疲劳性

石墨形态及合金元素对铸铁抗热疲劳性能的影响

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现代铸铁 2001年第3期21卷 13-15页

作者：韩建德李云惠郑丽丽于化顺山东大学材料科学与工程学院山东济南250061

对石墨形态、合金元素等对铸铁抗热疲劳性能的影响进行了研究。加入提高抗氧化性的合金元素可显著提高铸铁的抗热疲劳性能。从首次产生裂纹的循环次数、裂纹扩展速度及变形量等综合考虑，蠕铁的抗热疲劳性能最好。

关键词：铸铁抗热疲劳性石墨形态合金元素

H13热冲压模具无化合物层抗冲击抗热疲劳离子渗氮技术研究与应用

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表面技术 2018年第11期47卷 48-53页

作者：唐磊陈尧彭甜甜李冬顾晓明胡静常州大学江苏省材料表面科学与技术重点实验室江苏常州213164 常州天山重工机械有限公司江苏常州213019

目的以H13热冲压模具钢为研究材料,探索不形成化合物层的低温创新离子渗氮工艺,旨在提高H13钢热冲压模具的抗冲击性和抗疲劳性,延长服役寿命。方法将H13钢试样放在LD-8CL型直流离子渗氮炉内进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为470、490、51... 详细信息

目的以H13热冲压模具钢为研究材料,探索不形成化合物层的低温创新离子渗氮工艺,旨在提高H13钢热冲压模具的抗冲击性和抗疲劳性,延长服役寿命。方法将H13钢试样放在LD-8CL型直流离子渗氮炉内进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为470、490、510℃,保温时间为8 h。利用光学显微镜、X射线衍射仪、压痕检测法及自行设计的热疲劳实验,对渗氮后的H13钢显微组织、物相组成、渗层脆性和热疲劳性进行了测试与分析。结果与普通离子渗氮相比,H13钢经470℃低温离子渗氮处理后,表层无化合物层生成;渗层脆性显著降低,在较大检测载荷下压痕周围无裂纹产生;同时,抗热疲劳性提高3倍以上。将470℃低温无化合物层创新离子渗氮技术应用到汽车板件热冲压模具中,使模具冲压能力由之前18 000~20000件提升到80000~100000件,即服役寿命提高到5倍左右。结论 H13钢经470℃低温离子渗氮处理后,表面无化合物层产生,具有良好的韧性,与常规离子渗氮相比,该技术能够显著提高表面抗热疲劳性以及模具的服役寿命。

关键词： H13钢离子渗氮无化合物层抗热疲劳性冲击

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WC颗粒增强Ni基合金涂层的组织与性能

金属热处理 2006年第2期31卷 26-29页

作者：宫文彪杜辉孙大千吉林大学材料科学与工程学院吉林长春130025 长春工业大学材料科学与工程学院吉林长春130012

利用氧-乙炔火焰喷涂+激光重熔的方法,在低碳钢表面制备N i60+20%(wt)WC合金涂层。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对涂层进行了组织和相结构分析,测试了涂层的显微硬度、耐磨性能及抗热疲劳性能,并用钨极惰性气体保护焊对涂层作... 详细信息

利用氧-乙炔火焰喷涂+激光重熔的方法,在低碳钢表面制备N i60+20%(wt)WC合金涂层。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对涂层进行了组织和相结构分析,测试了涂层的显微硬度、耐磨性能及抗热疲劳性能,并用钨极惰性气体保护焊对涂层作了焊接性试验。结果表明,经过激光重熔的涂层组织为-γN i基体上分布着N i3B、CrB、Cr23C6等硬质相,它们和未熔的WC颗粒构成了丰富的耐磨相,增强的N i基合金涂层,显示了良好的耐磨性和抗热疲劳性,并可进行焊接。

关键词：碳化钨镍基合金涂层激光重熔耐磨性抗热疲劳性

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高性能汽车制动鼓的研制与开发

热加工工艺 2008年第3期37卷 27-29页

作者：叶天汉苏勇陈翌庆黄光伟郑家福合肥江淮铸造有限责任公司安徽合肥231137 合肥工业大学材料学院安徽合肥230009

通过对失效汽车制动鼓的分析,发现普通灰铸铁制动鼓较易出现磨损严重或热疲劳裂纹情况,已不能满足现在汽车高负荷和高速度的要求。由于石墨具有高的热传导性,采用高C铸铁将会改善抗热疲劳性,但石墨的增加会使铸件强度下降,在高C合金中... 详细信息

通过对失效汽车制动鼓的分析,发现普通灰铸铁制动鼓较易出现磨损严重或热疲劳裂纹情况,已不能满足现在汽车高负荷和高速度的要求。由于石墨具有高的热传导性,采用高C铸铁将会改善抗热疲劳性,但石墨的增加会使铸件强度下降,在高C合金中加入合金元素(Cr、Mo、Cu、Sn等)可使铸件强度和抗热疲劳性等性能得到兼顾,从而使制动鼓的使用寿命得到大幅度提高。

关键词：制动鼓高C合金铸铁抗热疲劳性

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连铸辊堆焊药芯焊丝的研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2002年第6期35卷 769-771页

作者：李午申冯灵芝天津大学材料科学与工程学院天津300072

以Cr13 Mo Ni V为合金系,研制出连铸辊堆焊药芯焊丝1Cr13Ni2MoV,并进行一系列性能对比试验.结果表明,1Cr13Ni2MoV焊丝堆焊金属硬度适中,组织均匀,抗氧化性能和抗热疲劳性能较高.堆焊后轧辊性能优异,使用寿命显著提高.研究发现,堆焊金属... 详细信息

以Cr13 Mo Ni V为合金系,研制出连铸辊堆焊药芯焊丝1Cr13Ni2MoV,并进行一系列性能对比试验.结果表明,1Cr13Ni2MoV焊丝堆焊金属硬度适中,组织均匀,抗氧化性能和抗热疲劳性能较高.堆焊后轧辊性能优异,使用寿命显著提高.研究发现,堆焊金属抗氧化性、抗热疲劳性及耐磨性之间存在着密切关系,提高抗氧化性能,可使堆焊金属抗热疲劳裂纹启裂能力增强,并在很大程度上抑制热疲劳裂纹的扩展,同时可减缓堆焊金属的磨损.

关键词：连铸辊药芯焊丝抗氧化性抗热疲劳性耐磨性埋弧堆焊