第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛锰系无磁铸铁合金设计及工艺研究.doc

第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 锰系无磁铸铁合金设计及工艺研究 学院名称：材料科学与工程学院 集体名称：启睿科技小组 指导教师：初福民教授 队 长：董羲武 小组成员：马彬彬 丁 瑾 郭 甫 类 别：科技发明制作B类 目 录 第一部分 研发背景与市场分析 一、课题的研发背景······························· 2 二、课题研发的目的和意义························· 2 三、课题研究过程································· 2 四、竞争材料分析································· 3 五、市场调查与分析······························· 3 第二部分 技术与工艺研究 一、锰系无磁铸铁的基本原理······················· 4 二、锰系无磁铸铁的设计要求······················· 4 三、合金系的建立及成分优选······················· 4 四、炉料配比的确定······························· 5 五、制定铸造工艺································· 6 六、性能检验····································· 7 七、试验结果分析·································10 第三部分 项目优势 一、分析总结····································11 二、成本分析与资源分析··························11 三、性能分析····································11 第一部分 研发背景与市场分析 锰系无磁铸铁是在普通铸铁的基础上加入锰、铝、铜合金元素制成的一种磁导率很低，具有普通铸铁低成本、易加工、成型性能好等优点的新型电工合金材料，可以代替许多有色金属及其合金应用在电工设备中，既降低设备成本，又节约有色金属。 课题的研发背景 目前，无磁铸铁在国外已得到了一定程度的应用，如英国的BCIRA在上世纪50年代就已经开始研制镍系无磁铸铁并在生产中使用，即“Nomag”无磁铸铁。无磁铸铁生产主要以镍为主加入合金元素，其中镍的加入量较大（一般在8%-12%），而我国的镍资源较为贫乏，且价格昂贵，造成镍系无磁铸铁件成本较高，不利于推广和应用。目前全世界奥氏体铸铁件生产量超过不锈钢铸件，市场很大。我国奥氏体铸铁件生产量还很少，许多研发电工器材的厂家在生产中使用的低磁导率金属材料主要是铝﹑铜等有色金属及其合金，这些有色金属及其合金由于力学性能低（尤其是强度和硬度低），作为结构材料制成的零件截面尺寸往往较大，造成材料特别是有色金属材料的严重浪费。 由于镍、锰元素对铁碳合金扩大奥氏体区具有非常明显的作用。而且我国的资源锰丰富，价格低廉。因此锰系无磁铸铁的研制开发具有很大的现实意义。 课题研发的目的和意义 许多电工设备（如：感应电炉、电机、变压器、整流器等）的配置零件（如：支架﹑机体﹑盖板等），工作环境处于交变磁场之中。如果这些零件磁导率高，便会在其内部产生很强的涡流，导致零件温度升高，造成电能的多余损耗，严重情况下零件会发生氧化和变形，甚至失效或导致设备损坏。因此，这类电工设备的零件必须使用磁导率较低的材料来制造。目前，此类零件主要是由铜、铝等有色金属及其合金生产的，而这些材料价格过高，力学性能（特别是强度、硬度）较差，在使用中受到很大限制。因此，价格低、性能好的电工材料成为人们寻求的目标。锰系无磁铸铁应运而生，作为一种新型电工材料，它较好地解决了以上问题，满足了人们的需求。 锰系无磁铸铁是在普通铸铁的基础上加入锰及铝﹑铜合金元素制成的一种相对磁导率在3.5以下（普通灰铸铁相对磁导率为200—400，铸钢相对磁导率为500—2200）的新型电工材料。此项研究是以锰为主，其他元素起辅助作用，而且没有加入镍元素的奥氏体铸铁。这项新材料的研制工作在我国是空白，许多电工器材厂家，仍用有色金属生产非磁性零件，有色金属浪费惊人，因此在镍资源贫乏的情况下，锰系无磁铸铁的研制开发具有很大的现实意义。 课题研究过程 锰系无磁铸铁的研发包括合金设计与铸造工艺两方面，在保证锰系无磁铸铁的物理性能、力学性能和工艺性能的基础上，建立以锰为主要元素的无磁铸铁化学成分规划。研究化学成分的变化对金相组织、力学性能以及对生产工艺规范的影响。在此基础上建立锰系无磁铸铁的设计规范，从而稳定锰系无