耐热不锈钢涡壳铸件的制备工艺、组织与性能的研究

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汽车行业是国民经济的支柱产业,提高发动机功率,减少废气中CO、HC和NO_X等有害物质含量是汽车行业发展的必然方向。涡轮增压器是提高发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放的有效手段,而涡壳是涡轮增压器的主要零部件之一。随着汽车工业的飞速发展,与传统的普通球铁和高硅钼球铁材质涡壳相比,新型奥氏体耐热不锈钢涡壳的耐热温度达到1050℃以上,能满足涡壳使用环境温度的苛刻要求,具有很强的市场竞争力。本文首先以典型规格的奥氏体耐热不锈钢(GX40CrNiSi25-12)涡壳铸件为研究对象,采用Pro/E三维绘图软件和ProCAST凝固模拟软件对涡壳铸件进行了铸造工艺设计和凝固模拟优化分析,并进行了试生产验证;然后采用金相显微分析(OM)、机械性能测试、X射线衍射(XRD)和电子探针(EPMA)测试等研究方法,研究了变质处理对奥氏体耐热不锈钢(GX40CrNiSi25-20)组织与性能的影响;最后研究了两种奥氏体耐热不锈钢的高温抗氧化行为。得出的主要结论如下:通过ProCAST凝固模拟软件对典型尺寸规格涡壳铸件进行了凝固模拟分析,设计了其铸造工艺;并成功制备了材质为GX40CrNiSi25-12的奥氏体耐热不锈钢涡壳铸件。GX40CrNiSi25-20奥氏体耐热不锈钢的变质试验表明,变质剂的加入能有效地提高材料的机械性能。与未变质材料比较,WS-1无硅变质剂分别采用冲入法和钟罩法变质后,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了44.3%、15.3%、77.2%和40.4%、18.6%、61.3%;YBZW-4精炼变质剂冲入法变质后材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别提高了38.7%、11.6%、74.4%。对比研究了GX40CrNiSi25-20和GX40CrNiSi25-12两种奥氏体耐热不锈钢在不同温度下的高温抗氧化性能。结果表明,其高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化增重随着氧化温度的升高与氧化时间延长而增大。比较两种材料的氧化动力学可知,在其他元素基本相同的情况下,含Ni更高的GX40CrNiSi25-20奥氏体耐热不锈钢具有更好的高温抗氧化性能。
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