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球墨铸铁曲轴超声处理及铸造工艺优化
| 论文题名： | 球墨铸铁曲轴超声处理及铸造工艺优化 |
| 关键词： | 球铁曲轴;铁型覆砂;超声处理;凝固数值模拟;显微组织;铸造工艺 |
| 摘要： | 曲轴是发动机的核心部件，随着近几年汽车产业的蓬勃发展，曲轴的需求及产量也相应增高。有市场竞争力的曲轴要求其力学性能稳定、耐磨减震性能佳，具有较高的性价比。球墨铸铁具有区别于一般铸铁及锻钢的微观组织，以其制造和性能上的优势受到广泛关注，球铁曲轴应运而生，且在曲轴制造中比例日益增大，因此高性能球铁曲轴制备技术的研究与应用具有重要意义。 本文通过两个方面来对高性能球铁曲轴制备技术进行探究，一是通过对球铁曲轴的铁型覆砂铸造工艺凝固过程的数值模拟计算来进行铸造工艺优化;二是对球墨铸铁熔体进行超声波处理。对凝固过程进行数值模拟能够可视化的观察到铸件的流场和温度场，便于预测缩松缩孔等缺陷，缩短试制周期;熔体超声处理利用超声波的声空化、声流效应，在凝固过程破碎枝晶，增加形核率，细化球铁组织，从而提高力学性能。 对铁型、砂壳及铸件进行建模，砂壳厚度为8mm，铸件由浇注系统和四支曲轴组成。在1420℃的浇注条件下，计算铸件的流场及温度场。计算结果表明，该条件下，完全充型需要13s，铸件表面温度降到600℃时需要800s，在曲拐弯角及轴中心部位冷却速度最慢，为热节位置，凝固后易产生缩松缩孔缺陷。并对浇注温度、砂壳厚度两个工艺参数进行了对比分析，发现1400℃的浇注温度下，曲轴整体冷却速度较快，对热节的补缩作用不明显;相同浇注温度下，砂壳厚度为4mm时，铸件整体冷却速度过快，曲轴表面完全凝固时间仅为80s，比砂壳厚度为6mm和8mm时约快50s，说明砂壳太薄，没有起到铁型覆砂工艺的作用。 通过水模拟分析石墨、钛合金、不锈钢等不同材质、尺寸的探头对超声导入铁水的能效差异，以确定适合球墨铸铁熔体超声处理的工具头材料;设计并制作实验室内球墨铸铁球化及壳型覆砂铸造装置。实验室中研究了在铁水球化、凝固两个过程施加超声处理对试样显微组织及力学性能的影响规律，发现在球化过程施加2min并在凝固过程施加约18s的超声时，球铁中的铁素体含量仅为2％左右，而未施加超声处理的约为13％;凝固过程施加超声18s的试件的力学性能都略高于未施加超声处理的试样。在实验室研究的基础上，提出了球墨铸铁曲轴在实际生产过程中施加超声熔体处理的方法及工艺，并进行多次现场试验。结果表明，经超声处理的试样抗拉强度随超声作用时间变化，主要在800-870MPa范围内，而未经超声处理试样的抗拉强度为793Mpa，前者的冲击功和断后伸长率也都高于后者10％左右，具有较好的综合力学性能。 |
| 作者： | 金辉 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 贾非 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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