凝固压力对铬系白口铸铁凝固组织及耐磨性能的影响

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加压铸造技术用于合金铸造,可以通过改变凝固参数来优化合金的凝固组织,提高合金力学性能。铬系白口铸铁的耐磨性受限于其凝固组织中粗大、连续的碳化物,而碳化物的形貌与分布与合金的凝固参数有关。以PF1214板锤试件作为实验对象,选取亚共晶、近共晶成分的铬系白口铸铁,在常压~170MPa的铸造压力下进行试样制备。通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)对试样的微观组织形貌进行分析。利用X射线衍射(XRD)对试样的相组成进行表征,采用Jade软件进行物相分析及标定。最后,对试样的硬度、韧性以及冲击磨损性能进行检测。对比常压与压力铸造下铬系白口铸铁凝固组织形貌,研究共晶组织、碳化物相演变过程和相关力学性能。得出压力条件下铬系白口铸铁的凝固行为规律,建立了共晶组织、碳化物的长大控制机制,并得到以下结论:(1)提高凝固压力,能使亚共晶和近共晶铬系白口铸铁的共晶组织都得到明显的细化,使共晶组织中各相分布变得较为均匀。亚共晶铬系白口铸铁的共晶组织由常压下尺寸较大的板条状转变为短棒状和等轴状;近共晶铬系白口铸铁的凝固组织中出现了块状、多边形的初生碳化物,共晶组织从常压下的长直板条状向曲面板条、短棒状和多边形转变。(2)凝固压力对铬系白口铸铁凝固组织形貌的影响作用随合金凝固速率的增加而减小。通过对板锤试件不同位置取样的组织对比,得出在靠近模具即凝固速率较大的组织中,压力对于凝固组织形貌(共晶间距、共晶含量、初生相尺寸)的改变作用比较小。而在试件中部即凝固速率较小时,压力作用明显。(3)凝固压力能够改变铬系白口铸铁凝固组织中共晶的生长方式。压力使共晶组织中的奥氏体与碳化物由相互平行的生长方式转变为相互交替的竞争生长。凝固压力改变了共晶凝固时固-液界面的稳定性,使铬系白口铸铁共晶碳化物生长方式由小平面转变为非小平面生长。(4)铬系白口铸铁中的碳化物的形核率和含量随凝固压力的提高显著增加。凝固压力达到160MPa时,亚共晶铬系白口铸铁中碳化物体积分数为常压凝固下的2倍,近共晶铬系白口铸铁中碳化物的含量增加了约1.5倍。(5)凝固压力的提高,可以使碳化物向稳定性更高的类型转变,增加凝固压力可以使低铬白口铸铁中的M3C型碳化物的量减少,M7C3型碳化物增多;使高铬白口铸铁中的M23C6型碳化物含量减小,M7C3型碳化物增多。(6)当凝固压力提高到170MPa时,亚共晶铬系白口铸铁的抗冲击磨损性能比常压铸造下提高到近1.5倍,近共晶铬系白口铸铁也提高到近1倍。加压铸造的两种铬系白口铸铁的硬度都有了明显的提高,但冲击韧性不一定随压力的升高而增加。
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