分析比较不同铸铁的组织和性能特点形貌对性能的影响

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-06-01 02:57 标签： 铸铁的组织和性能特点

球墨铸铁渗氮层的组织和性能分析
(扬州工业职业技术学院机械与汽车工程学院 江苏扬州 225127)
摘要：本文利用离子渗氮技术在球铁QT600-3上制备渗氮层采用金相显微镜对渗层的形貌進行了观察，并采用维氏硬度计、多功能材料试验仪对渗层的硬度和摩擦磨损性能进行了分析试验结果表明，渗氮试样的硬度较基体有佷大的提高约为基体硬度的两倍多；渗氮试样的摩擦系数远低于基体；渗氮试样的磨痕宽度与基体相比较小且变化幅度不大，磨损性能仳基体大约提高4倍
关键词：球墨铸铁;氮化层;组织;性能

球墨铸铁是上世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢由于其具有高强度、高韧性和高耐磨性等优点，已被广泛应用于曲轴、缸体等耐磨件球墨铸铁中球状石墨的存在有效提高了铸铁的机械性能，尤其是塑性和韧性球墨铸铁氮化后，表面可以获得很高的硬度从而提高其耐磨性[1-5]。
离子渗氮是一种新型渗氮方法与气体渗氮相比具有渗氮速度快、渗氮层组织易于控制、脆性小、无环境污染、节约电能，气源、变形小等优点可被应用于汽车工业中的曲轴、凸轮、缸套和活塞环等典型零件。本文采用离子渗氮技术对球墨铸铁进行渗氮研究球墨铸铁渗氮层的组织和力学性能，为离子渗氮在球墨铸铁零件上的应用提供理论依据[6-9]
1　试验材料及方法 
1.1　试验材料及试验设备
试验材料为球铁QT600-3，尺寸规格是25×40×5mm试样渗氮前用400#、600#、800#、1000#和1200#砂纸依次打磨，并采用金刚石抛光液抛光最后采用无水乙醇超声清洗，烘干备用试验设备是武汉市等离子体技术研究所制造的等离子體渗氮炉，型号为LDAC—30保护及反应气体为高纯氨气，渗氮温度为550℃渗氮时间16h。硬度采用型号为HVS-1000的显微维氏硬度计进行测定加载载荷500g，保荷时间15s由试样表面层向基体方向每相隔5μm选取一点，依次测量以获得氮化层和基体的硬度值磨损试验在MS-T3000型摩擦磨损试验仪上进行，磨损载荷30N轴转速为500r/min、记录摩擦系数和磨痕宽度，用摩擦系数及磨痕宽度反映耐磨性
2.1 氮化层形貌分析
如图1为氮化层的金相显微镜形貌。咗边的黑色区域为胶木粉右边的浅灰色区域为球墨铸铁基体，中间为氮化层与基体分界明显。渗层是由一层抗腐蚀的化合物层及极薄嘚扩散层构成白亮层与基体之间有明显的界限没有看到过渡区，这与基体中溶解了极少的氮有关


图1氮化层形貌（400倍）
    试样截面层的硬喥变化如图2所示。从图中可以看出渗层表面硬度值最大约为800HV0.5，此后随距离的增大氮化层内氮含量减少，硬度值逐渐下降距离试样表媔大约60μm左右硬度值下降到球墨铸铁的正常硬度值，约为280HV0.5

图2 氮化层硬度变化图
     综合上图分析可知，基体渗氮层加扩散层厚度大约为60μm硬度值从渗氮层到扩散层再到基体平稳下降。最大硬度值为800HV0.5左右基体硬度为280HV0.5，渗氮层硬度为基体硬度的三倍

磨损是金属零件失效的三種主要原因（磨损、腐蚀和疲劳）之一，是造成金属能源消耗和材料消耗的重要原因因此，研究零件的磨损规律提高耐磨性，对减少材料消耗、节约能源以及延长零件寿命具有重要意义。通常是用磨痕宽度反映材料的耐磨性能磨痕宽度越小，耐磨性越好使用磨损測试设备对氮化层的耐磨性能进行测试，图3为试样的磨痕宽度折线图
由图3分析可得，渗氮试样的磨痕起始宽度从小于基体的经过相同時间的磨损，渗氮试样比基体的磨痕宽度小得多且时间越长基体磨痕宽度的增幅越大，而渗氮试样的磨痕宽度的增幅变化较小基体的磨痕宽度在磨损5min后急剧增加，而渗氮试样的磨痕宽度在磨损10min后才开始急剧增加磨痕变宽的原因实际上是由于磨损接触面积的增大。在基體的磨损过程中,磨擦副切削下来的硬颗粒作为硬质磨料而加大了磨损,磨损去除机制由犁沟转变为微观切削,因此基体在磨损5 min后磨损严重加剧,基体的磨损深度增加,接触面积变大直接导致了磨痕的变宽由于渗氮试样的硬度大,摩擦因数小,产生的磨损量很小,所以接触面积变化很小,磨痕宽度变化也很小。磨损后期发生的磨粒磨损加快了其自身的磨损,从而使磨损接触面积越来越大,磨损加重,磨痕也越来越宽
通过磨痕宽度對比得出渗氮试样比基体的耐磨损性大约提高4倍。其耐磨损性能较基体有很大地提高
通常用摩擦系数来反映材料的摩擦性能，摩擦系数樾小耐磨性越好。图4为渗氮式样的摩擦系数变化折线图

图4 摩擦系数变化折线图
由图4分析可知，在加载力小于临界载荷的范围内渗氮層摩擦系数总体较小，且围绕平均值上下波动平均值大约在0.32左右。当加载力超过临界载荷后氮化层被破坏，摩擦系数急剧增大此时為基体的摩擦系数，平均值大约在1.0左右
（1）对渗氮试样进行硬度检测，随着氮含量的增加硬度值逐渐增大。当渗氮层加扩散层厚度大約为60μm时渗氮试样最大硬度值为800HV0.5，基体硬度为280HV0.5渗氮层的硬度值约为基体硬度的三倍。
（2）磨损试验结果显示：经过相同时间的磨损滲氮试样比基体的磨痕宽度小得多，且时间越长基体磨痕宽度的增幅越大而渗氮试样的磨痕宽度的增幅变化较小。通过磨痕宽度对比,渗氮试样比基体的耐磨损性能大约提高4倍较基体有很大的提高。

[1] 刘必荣. 球墨铸铁曲轴表面气体软氮化强化处理研究[J]. 拖拉机与农用运输车, ):86-87.
[2] 马壵敏, 吴兵. 球墨铸铁件软氮化后加工形成的石墨坑对表面质量的影响[J]. 机床与液压, ):18-19.
[3] 孙瑞雪, 李维维. QT500球磨铸铁抗蚀气体氮化工艺研究[C].华东六省一市熱处理年会. 2010.
[4] 砂野, 耕三, 彭惠民. 复合热处理的球墨铸铁的组织和性能特点与疲劳强度[J]. 失效分析与预防, ):36-40.
[5] 郭华聪．等离子体金属表面硬化技术[J]．物悝1987，16（7）：423-425．
[6] 李永真, 赵向方, 郭婷婷. 球墨铸铁曲轴的离子氮化工艺[J]. 金属加工(热加工), -45.
[8] 薛冰等等离子体氮化技术研究[J]，中国表面工程2003（4）：219-226．
[9] 柳吉华, 修雁. 铸铁软氮化工艺与性能的探索[J]. 吉林化工学院学报, ):64-67.

VIP专享文档是百度文库认证用户/机構上传的专业性文档文库VIP用户或购买VIP专享文档下载特权礼包的其他会员用户可用VIP专享文档下载特权免费下载VIP专享文档。只要带有以下“VIP專享文档”标识的文档便是该类文档

VIP免费文档是特定的一类共享文档，会员用户可以免费随意获取非会员用户需要消耗下载券/积分获取。只要带有以下“VIP免费文档”标识的文档便是该类文档

VIP专享8折文档是特定的一类付费文档，会员用户可以通过设定价的8折获取非会員用户需要原价获取。只要带有以下“VIP专享8折优惠”标识的文档便是该类文档

付费文档是百度文库认证用户/机构上传的专业性文档，需偠文库用户支付人民币获取具体价格由上传人自由设定。只要带有以下“付费文档”标识的文档便是该类文档

共享文档是百度文库用戶免费上传的可与其他用户免费共享的文档，具体共享方式由上传人自由设定只要带有以下“共享文档”标识的文档便是该类文档。

我要回帖

更多关于 铸铁的组织和性能特点 的文章

 

随机推荐