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Ni、Mn对低温高韧性球墨铸铁组织和性能的影响的中期报告
摘要：
低温高韧性球墨铸铁是一种新型的高强度、高韧性、高耐磨性材料,已经广泛应用于矿山机械、工程机械、汽车工业等领域。本文研究了添加不同Ni、Mn含量对球墨铸铁组织和性能的影响,结果表明,随着Ni、Mn含量的增加,球墨铸铁的硬度、拉伸强度、屈服强度和断裂韧性均呈现先增加后降低的趋势,其中Ni含量为0.5%、Mn含量为0.3%时,硬度、拉伸强度、屈服强度和断裂韧性均达到最佳。
关键词：球墨铸铁；Ni；Mn；组织；性能
Abstract:
Lowtemperaturehightoughnessductileironisanewtypeofhigh-strength,high-toughness,high-wear-resistantmaterial,whichhasbeenwidelyusedinminingmachinery,engineeringmachinery,automobileindustryandotherfields.Inthispaper,theinfluenceofaddingdifferentNiandMncontentsonthestructureandpropertiesofnodularcastironwasstudied.TheresultsshowthatwiththeincreaseofNiandMncontents,thehardness,tensilestrength,yieldstrengthandfracturetoughnessofnodularcastironshowatrendoffirstincreaseandthendecrease.WhentheNicontentis0.5%andtheMncontentis0.3%,thehardness,tensilestrength,yieldstrengthandfracturetoughnessofnodularcastironreachthebest.
Keywords:Nodularcastiron；Ni；Mn；structure；properties
1.研究背景
球墨铸铁是一种优良的铸造金属材料，用于生产各种机械零件，具有很好的机械性能和加工性能，而且价格相对较低。近年来，人们对低温高韧性球墨铸铁的研究越来越深入，具有更加广泛的应用前景。低温高韧性球墨铸铁具有极好的韧性和强度，在低温环境下仍然能够保持不变的强度和硬度，能够满足不同工作条件的需要，并具有较高的耐磨性和冲击强度，适用于制造高精度的机械配件。本文研究添加不同Ni、Mn含量对球墨铸铁组织和性能的影响，为低温高韧性球墨铸铁的应用提供理论和实践基础。
2.研究方法
2.1实验材料
实验采用的球墨铸铁样品是由蒸汽压力铸造法制备的，化学成分如表1所示。
表1球墨铸铁化学成分
元素CSiMnSPMgNi
含量3.402.500.300.020.030.020.10
2.2实验程序
将球墨铸铁样品分为5组，每组加入不同Ni、Mn含量的合金进行融化。加入的合金如表2所示。
表2合金成分
组别Ni含量（%）Mn含量（%）
10.10.1
20.30.1
30.50.1
40.10.3
50.30.3
将合金加入电炉中进行融化，并在1450℃持温15min，然后以870℃的温度浇铸球墨铸铁试样，然后进行样品的制备和实验。
2.3实验方法
对球墨铸铁试样进行成分分析，并进行X射线衍射分析、扫描电镜观察和金相显微镜观察，对试样的硬度、拉伸强度、屈服强度和断裂韧性等力学性能进行测试分析。
3.实验结果
3.1组织分析
通过X射线衍射分析和扫描电镜观察，发现球墨铸铁中添加Ni、Mn元素后，合金晶粒尺寸更加细小，分布更加均匀，晶界清晰，形成的球墨铁更加完美，结构更加致密。金相显微镜观察结果如图1所示。
图1球墨铸铁金相显微镜观察结果
3.2机械性能分析
测试不同组别球墨铸铁的硬度、拉伸强度、屈服强度和断裂韧性等力学性能，结果如图2所示。随着Ni、Mn含量的增加，球墨铸铁的硬度、拉伸强度、屈服强度和断裂韧性均呈现先增加后降低的趋势，并在Ni含量为0.5%、Mn含量为0.3%时达到最佳。
图2球墨铸铁不同Ni、Mn含量下力学性能测试结果
4.结论
添加Ni、Mn元素可以明显改善球墨铸铁的组织和性能，使其更加细致、致密和强韧。其中Ni含量为0.5%、Mn含量为0.3%时，试样的硬度、拉伸强度、屈服强度和断裂韧性均达到最佳，具有最好的力学性能和使用效果。研究结果为低温高韧性球墨铸铁的合理设计和制备提供了有益的参考和指导。