论文题目: 球墨铸铁铜金属型铸造工艺和性能的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 唐骥
导师: 孙旭东
关键词: 水冷铜金属型,球墨铸铁,铸造工艺,力学性能
文献来源: 东北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文主要研究把快速凝固作为目的的高热传导铜合金金属型和微细组织化的金属型铸造技术，并以我国汽车用球铁齿惰轮为典型铸件，开发球墨铸铁水冷铜合金金属型铸造工艺。 主要工艺路线是采用水冷铜型模具，利用水冷带走金属型模具热量，使模具在快速高效铸造生产中保持一定恒温。针对模具应具有高热传导性、一定的耐磨性和易于加工的要求，在铜合金模具选材上，研究开发了Cr-Zr-Mg铜合金模具材料，提出Cr-Zr-Mg铜合金成分范围和机械性能，并确定其冶金制造工艺流程。 采用WindowsXP操作系统，UG图形软件和Foxpro数据库，并利用UG的二次开发功能开发应用程序，构建铜合金模具CAD系统的总体框架，研究型腔结构设计模块的实现方法，以形成适用于铜金属型模具CAD/CAE技术。 对金属型铸件(铁型球铁齿惰轮、铜型球铁齿惰轮)提出充型凝固过程数值模拟方法和温度场模拟数值计算，预测金属型铸件缺陷，并完成了金属型铸件充型凝固过程测温和编制实用CAE软件(Z-CAST软件)。该项技术的应用，有利于提高铸造模具设计的准确性和效率，缩短铸造模具制造周期。 水冷铜金属型铸造工艺参数与铸件结构和金属型设计(尤其是浇注系统设计)关系密切。通过采用铜金属型模具CAD/CAE技术和生产实验，得到球铁齿惰轮水冷铜金属型铸造适宜的工艺参数：金属型温度：160-180℃；浇注温度：1400-1430℃；浇注时间时间：4.5-5.5s；离型时间：7-9s。其铸造工艺设计宜采用开放式浇注系统，浇口比取直浇道(R)：横浇道(S)：内浇道(G)为1.0：1.4-1.6：1.8-2.2。并采取陶瓷过滤网措施，以防产生夹渣缺陷。 在铜金属型铸造球墨铸铁性能研究方面，主要研究球铁铜金属型铸造成分的选择、铁液球化—孕育工艺，分析铜金属型球铁中C、Si含量的变化对组织和性能的影响。通过实验，给出了铜金属型球铁的热处理工艺参数，提出明确的铸造工艺方案。采用单包小量、冲入法球化、二次孕育工艺，可以得到球化等级达1-2级，石墨球尺寸为5-20μm的球墨铸铁。选择不同成分和正确的热处理工艺，水冷铜金属型铸造工艺可以得到组织为铁素体和珠光体的球墨铸铁。 采用水冷铜金属型铸造工艺，可以使球墨铸铁性能得以提高，组织细化、石墨数量多，其中相对疲劳性能，铜金属型球墨铸铁比砂型高20％，实现铸造高效和清洁生产，是一项先进制造技术。
论文目录:
独立性声明
摘要
Abstract
第一章 前言
1.1 引言
1.2 金属型铸造国内外现状及发展趋势
1.2.1 金属型模具制造技术
1.2.2 铸铁件金属型铸造生产线
1.2.3 金属型铸铁件的化学成分、显微组织和力学性能特点
1.2.4 金属型铸件的热处理
1.3 球墨铸铁铜金属型铸造工艺流程
1.4 论文的主要研究内容及意义
第二章 金属型模具铜合金的研究
2.1 金属型模具铜合金材料的研究
2.1.1 实验过程
2.1.1.1 实验原料及方法
2.1.1.2 金属型铸造对金属型用材质的要求
2.1.2 铜合金的选材与分析
2.1.2.1 铜合金成分和性能
2.1.2.2 结果分析
2.2 影响铜金属型使用寿命的技术
2.2.1 金属型工作状态的分析
2.2.2 影响金属型寿命的主要因素
2.2.3 金属型的修复技术
2.2.4 金属型使用寿命的考核
2.3 本章小结
第三章 铜金属型铸造工艺和模具CAD／CAE
3.1 铜金属型设计
3.1.1 铸件结构工艺分析
3.1.2 浇注系统设计
3.1.2.1 浇注工艺方案确定
3.1.2.2 浇注系统最小截面积和浇注时间确定
3.1.2.3 浇口比确定
3.1.2.4 冒口设计
3.1.3 金属型温度控制系统
3.1.3.1 金属型型腔温度测试方法
3.1.3.2 水冷系统设计
3.1.3.3 金属型温度控制系统
3.1.4 金属型结构设计
3.1.4.1 铸件和浇注系统的分布
3.1.4.2 金属型排气系统设计
3.1.5 工艺参数设计
3.1.5.1 金属型型腔尺寸计算
3.1.5.2 铸造斜度
3.1.5.3 铸造圆角
3.1.5.4 加工余量
3.1.6 金属型总装的技术要求
3.2 选用Unigraphics软件设计铜金属型模具
3.2.1 三维产品造型
3.2.2 三维铸件造型
3.2.3 铜金属型模具设计
3.2.4 铜金属型模具装配
3.3 计算机数值模拟技术
3.3.1 金属型铸件充型凝固过程数值模拟方法
3.3.1.1 数学模型
3.3.1.2 算法简述
3.3.1.3 数值试验验证
3.3.2 对金属型铸件的数值实验结果
3.3.2.1 铸铁型球铁齿惰轮铸件的模拟
3.3.2.2 铜型球铁齿惰轮铸件的模拟
3.4 本章小结
第四章 铜金属型铸造球墨铸铁性能的研究
4.1 实验条件和方法
4.1.1 实验用原材料
4.1.2 实验用金属型及设备
4.2 铜金属型凝固下球墨铸铁性能的研究
4.2.1 铜金属型、铁金属型和砂型凝固速度的测定
4.2.2 球化—孕育工艺对铜金属型球墨铸铁组织的影响
4.2.2.1 球化—孕育工艺方法的确定
4.2.2.2 球化剂种类的确定
4.2.2.3 球化剂加入量对铜型、砂型球化的影响
4.2.2.4 铜金属型条件下孕育剂种类和加入量对球铁白口倾向影响
4.2.3 成分对铜金属型球墨铸铁性能的影响
4.2.3.1 Si对材料力学性能的影响
4.2.3.2 C、Si对材料组织的影响
4.2.4 铜金属型和砂型铸造球墨铸铁的比较(力学、疲劳和金相)
4.2.5 铜金属型铸造球墨铸铁表面和中心对比
4.2.6 结果分析
4.3 铜金属型凝固下获得珠光体球墨铸铁的研究
4.3.1 铸态下Cu.、Sn对珠光体球墨铸铁的影响
4.3.2 热处理工艺对珠光体球墨铸铁的影响
4.3.3 Si含量对珠光体球墨铸铁的影响
4.4 本章小结
第五章 铜金属型球墨铸铁铸造工艺方案
5.1 工艺实验条件
5.2 球墨铸铁的工艺特性
5.3 铸造工艺参数确定
5.3.1 金属型温度
5.3.2 浇注温度
5.3.3 浇注时间
5.3.4 金属型锁模力
5.3.5 陶瓷泡沫过滤器的影响
5.3.6 铸件壁厚对铸造工艺参数的影响
5.3.7 涂料
5.3.8 铸件热处理
5.4 铜金属型铸造常见铸造缺陷及防止措施
5.4.1 皱皮、冷隔
5.4.2 热裂
5.4.3 气孔
5.4.4 外渗铁豆
5.4.5 轮廓不完整
5.4.6 表面白口大
5.4.7 尺寸精度
5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
作者简介
攻读学位期间发表的论著、获奖情况及发明专利
发布时间: 2006-10-25
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