论文部分内容阅读
等温淬火球墨铸铁(Austempered ductile iron,ADI)因其具有高强度、良好的韧性和耐磨性,在汽车工业中广泛地用于取代锻钢构件。其显微组织和力学性能受热处理温控技术影响较大,而目前,对ADI热处理设备、温控技术和高性能多相结构等温淬火工艺的研究甚少,限制了 ADI进一步的应用和发展。由于本文采用自制悬浮淬火液作为淬火介质,而常用于等温淬火工艺处理的盐浴炉难以利用,因次采用普通箱式热处理炉,然而高性能ADI的工艺较为复杂,且对炉温控制有较高的要求,因而本文基于PLC设计了箱式热处理炉温度控制系统,其中包括FX2N-48MR型PLC控制器、FX2N-4AD-TC型温度输入模块、FX2N-4DA型温度输出模块、K型热电偶传感器和加热电阻丝,其中FX2N-48MR外接7个输入外设和5个输出外设,FX2N-4AD-TC和FX2N-4DA分别与FX2N-48MR的X10～X17输入点和Y10～Y17输出点进行连接,两模块由FX2N-48MR提供24V进行供电。根据ADI热处理过程的特点,编写ADI热处理过程流程图和程序图。采用PLC温控箱式热处理炉对球墨铸铁进行热处理。球墨铸铁原始组织观察表明,合金化DI-M和非合金DI-N的基体经PLC温控工艺一(正火)后基体成分基本一致,石墨球均表现出小而圆的特点。拉伸实验表明DI-M的拉伸强度比DI-N高50MPa左右,拉伸断口均为脆性断裂类型,其中DI-M基体以河流花样为主,DI-N以准解理花样为主。DI-M经PLC温控工艺二处理后,其显微组织为多相结构由先形成马氏体、贝氏体型铁素体、残余奥氏体和少量的上贝氏体组成。弯曲测试表明,等温时间为240min时,获得最大的弯曲强度和挠度,分别为1565.6MPa和2.2mm。弯曲断口中裂纹形核以石墨球和基体结合处,主要以沿晶和穿晶形式扩展,在等温时间为240min时,可观察到少量韧窝出现。DI-M经PLC温控工艺三处理后发现,先形成的马氏体含量对拉伸性能具有影响,当先形成的马氏体含量为12%时,抗拉强度为1314MPa,延伸率为3.2%。拉伸断口中基体处可见大量韧窝,有明显的塑性变形。对DI-N进行PLC温控工艺四进行处理,其显微组织由由先形成的马氏体、贝氏体型铁素体和残余奥氏体组成,拉伸性能随着等温时间的延长先增高而后下降。当等温时间为240min时可获得最佳的性能组合,抗拉强度为1611MPa,屈服强度为1414MPa,延伸率为5%,强延积为1.3E7MPa2·%,硬度为50.5HRC。疲劳试验表明,在应力幅600MPa下,其疲劳寿命为25110次,疲劳断口中可清晰观察到疲劳辉纹。对非合金化DI-N1和DI-N2分别使用普通箱式热处理炉和基于PLC的温控系统热处理炉进行PLC温控工艺五处理,结果表明,DI-N2试样能够获得期望的显微组织,且拉伸性能为DI-N1试样的两倍。验证了 PLC温控系统在ADI热处理工艺实现的有效性和可靠性。