高速机车用Al-Zn-Mg-Cu合金传动空心轴挤压铸造工艺的研究

论文摘要

为了提高铁路运输的经济和社会效益,长期以来世界各国一直把提高机车速度作为首选措施,而机车车辆轻量化技术作为高速机车关键技术之一,对提速起着重要的作用。随着我国铁路的不断提速,机车车辆轻量化的研究越来越重要。本文以高强度铝合金代替钢材制备高速列车用传动空心轴为研究背景,对挤压铸造制备Al-Zn-Mg-Cu合金传动空心轴做了系统的研究。为更好地探索挤压铸造工艺和试制出机械性能良好的高强铝合金传动空心轴,本文首先对挤压铸造A1-Zn-Mg-Cu合金5:1缩比件进行了系统地研究。对比了变质剂A1-5Ti-B及A1-10%RE中间合金对挤压铸造A1-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响,探讨了A1-5Ti-B及A1-10%RE对A1-Zn-Mg-Cu合金的细化机理。结果表明:Al-5Ti-B和Al-10%RE变质剂均对挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金的组织有较好的变质作用,而采用混合变质剂（1%Al-5Ti-B+2.9%Al-10%RE）时,合金的变质效果最为显著,试样的平均晶粒尺寸约为18 um;合金的室温拉伸强度和延伸率均得到了显著的提高,分别达到575MPa和8.16%,与未经变质处理的合金相比较,分别提高了4.6%和50.8%。在上述研究的基础上,进一步研究了挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金1:1传动空心轴的制备,研究结果表明:①在铸件冷却至350℃左右,及时退让内模,铸件在径向自由收缩,有效地缓解铸件因收缩而受到内模产生的阻力,很好地解决了铸件宏观开裂的问题。②针对挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金1:1传动空心轴出现的充型和表面质量差等问题,通过合理调整工艺得到有效的解决。挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金1:1传动空心轴工艺为:浇注温度:730℃、模具温度:300℃、压制压力:200MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高速机车轻量化研究意义
• 1.3 传动空心轴轻量化材料的选择
• 1.4 Al-Zn-Mg-Cu合金概述
• 1.4.1 国内外Al-Zn-Mg-Cu的发展历程及研究现状
• 1.4.2 Al-Zn-Mg-Cu合金研究展望
• 1.5 铸造Al-Zn-Mg-Cu合金强韧化的途径
• 1.5.1 合金化
• 1.5.2 纯化和净化
• 1.5.3 晶粒细化
• 1.6 挤压铸造工艺
• 1.6.1 挤压铸造的原理及特点
• 1.6.2 挤压铸造工艺的研究现状及发展趋势
• 1.7 本论文的主要研究目的与内容
• 第2章 实验设备及方案
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验流程
• 2.4 试验模具
• 2.5 传动空心轴的取样部位
• 2.6 传动空心轴的热处理
• 2.7 材料检测方法
• 2.7.1 密度测试
• 2.7.2 力学性能测试
• 2.7.3 材料微观组织的观察
• 第3章 挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金传动空心轴1:5缩比件的制备及其变质研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验过程及方案
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验工艺参数
• 3.2.3 试验流程
• 3.2.4 试验产品
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 金相组织分析
• 3.3.2 能谱分析
• 3.3.3 力学性能检测
• 3.3.4 SEM拉伸断口特征
• 3.3.5 TEM组织分析
• 3.3.6 变质机理分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 挤压铸造制备Al-Zn-Mg-Cu合金1:1传动空心轴的研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验过程及方案
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验工艺参数及方案
• 4.2.3 试验过程
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 传动空心轴宏观开裂
• 4.3.2 浇注温度对传动空心轴充形的影响
• 4.3.3 传动空心轴性能检测
• 4.3.4 SEM断口特征
• 4.4 挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金传动空心轴可行性分析
• 4.5 后续有待研究的问题
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）