蠕墨鑄鐵柴油機(jī)缸體組織及熱疲勞性能的研究.pdf

1、本文以常柴股份有限公司鑄造廠生產(chǎn)的蠕墨鑄鐵柴油發(fā)動機(jī)機(jī)體為取樣對象，通過機(jī)械加工及線切割獲取不同位置、不同蠕化率的蠕墨鑄鐵試樣，并以灰鑄鐵試樣作為對比實驗。利用光學(xué)顯微鏡(OM)分析和掃描電子顯微鏡(SEM)分析等手段以及基本的力學(xué)性能測試法，研究其力學(xué)性能、微觀組織、石墨形態(tài)及分布等。應(yīng)用LRP1200型冷熱疲勞試驗系統(tǒng)，分別對蠕墨鑄鐵和灰鑄鐵進(jìn)行熱疲勞試驗，探討石墨形態(tài)、蠕化率及溫度對兩者熱疲勞性能的影響。在熱疲勞過程中，對試樣的冷

2、熱循環(huán)過程進(jìn)行完整觀測并詳細(xì)記錄，采用OM以SEM觀察并測定每組試樣的裂紋萌生位置及裂紋擴(kuò)展路徑，研究由于溫度波動而產(chǎn)生的熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋萌生及其擴(kuò)展機(jī)制。經(jīng)過多組及多溫度的試驗，得到的主要結(jié)論如下:
　　1.蠕墨鑄鐵蠕化率的提高，使得試樣的抗拉強(qiáng)度、延伸率均發(fā)生變化。試樣的抗拉強(qiáng)度先有所增加，而后降低，而延伸率呈現(xiàn)整體上升的趨勢。其中蠕化率為70％～80％的蠕墨鑄鐵試樣抗拉強(qiáng)度最高，為512MPa，延伸率也為最高，為2％，具有較

3、好的綜合力學(xué)性能。
　　2.在熱疲勞循環(huán)過程中，試樣V型缺口處熱應(yīng)力集中最大。在加熱、冷卻過程中，V型缺口附近由于產(chǎn)生塑性形變導(dǎo)致形成相變應(yīng)力;同時，由于溫度變化，使得試樣上產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力與相變應(yīng)力相互疊加，破壞了石墨和基體之間的結(jié)合。因此，試樣的表面裂紋將首先在缺口處產(chǎn)生，而且一般在缺口尖端的缺陷或晶界處形成。
　　3.熱疲勞裂紋萌生后，各試樣基本都會形成一到二條裂紋作為主裂紋。主裂紋基本上沿晶界擴(kuò)展，但當(dāng)主裂紋取向和

4、晶界的取向相差較大時，則沿枝晶間擴(kuò)展。主裂紋上萌生的二次裂紋以及V型缺口附近石墨組織上萌生的微裂紋由于擴(kuò)展驅(qū)動力不足，基本為沿晶界擴(kuò)展。
　　4.蠕墨鑄鐵的熱疲勞壽命隨著上線溫度的提高而顯著降低，同時裂紋擴(kuò)展的速率明顯加快。高溫導(dǎo)致熱應(yīng)力的增大，使試樣表面萌生了大量的分叉裂紋和二次裂紋，其對主裂紋的擴(kuò)張方式和方向都有重要影響。
　　5.試樣在20-350℃進(jìn)行冷熱疲勞時，在一定范圍內(nèi)，蠕化率越高，熱疲勞性能越好，但當(dāng)蠕化率高

5、于一定值，熱疲勞性能開始下降，熱疲勞曲線近似開口向下拋物線。通過實驗可以得出，在此溫度下，蠕化率70～80％的蠕墨鑄鐵熱疲勞性能最好;蠕化率50～60％的蠕墨鑄鐵熱疲勞性能最差。但與之相比，同樣條件下的灰鑄鐵在裂紋萌生時所需的冷熱疲勞次數(shù)更少，且裂紋擴(kuò)展的速率更快。
　　試樣在20-650℃進(jìn)行冷熱疲勞時，隨著蠕化率的提高，熱疲勞性能下降。通過實驗可以得出，在此溫度下，蠕化率為50％～60％的蠕墨鑄鐵熱疲勞性能最好;而蠕化率為80