RE对电锤用镁合金曲轴箱件组织和性能的影响

论文摘要

镁合金有密度小、比强度和比刚度高、良好的减振性能和极佳的电磁屏蔽性能等一系列特点。而镁合金压铸件具有尺寸稳定性高、生产效率高、加工容易并且与模具的附着力小能够延长模具的使用寿命等优点。随着我国压铸技术的提高、压铸设备及工艺的不断改进,越来越多的电动工具生产企业希望将镁合金应用到电锤类电动工具的部分零部件当中,在降低电锤类电动工具自重的同时亦能够达到减振降耗的目的,使其产品在整个电锤类电动工具行业中更具竞争力。AZ91D和AM60B是工业当中最为广泛应用的压铸镁合金。AZ91D合金的强度较高,韧性不足；AM60B合金的韧性较好,但是强度有待提高。生产电锤的企业单纯的将AZ91D和AM60B合金压铸成电锤用的镁合金曲轴箱件后,发现电锤在使用过程中,镁合金的曲轴箱较铝制的曲轴箱会过早的发生破坏,从而导致电锤整体功能丧失,影响了电锤的使用。因此本文以AZ91D和AM60B合金为基础,试图通过添加富Ce混合稀土,提高合金的综合性能,以达到延长电锤用镁合金曲轴箱件使用寿命的目的。本文应用光学显微镜（OM）、X射线衍射分析仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等分析手段,通过对合金拉伸性能、布氏硬度等力学性能的测试分析,首先在实验室重力铸造的条件下得到最优的合金配比,然后在工厂压铸阶段在镁合金当中添加适量的RE,之后对压铸出来的镁合金曲轴箱件装机进行台架试验,研究稀土对电锤用镁合金曲轴箱件使用寿命的影响,并比较其显微组织和性能的差异,最终达到提高合金的综合性能,延长电锤用镁合金曲轴箱件使用寿命的目的。研究结果表明,在实验室重力铸造条件下,向AZ91D合金中加入适量的RE能细化合金中α-Mg相,同时β-Mg17Al12相由连续的网状变为细小弥散分布的颗粒状或骨骼状,且形成一种针状的新的A14RE相。当加入1.0%的RE时,对AZ91D合金细化变质效果最好。同时,RE的加入提高了合金铸态下的力学性能,当添加1.0%的RE时,铸态合金的布氏硬度和抗拉强度分别达到64.6HB和175MPa,比原合金分别提高了12.3%和15.9%。在工厂实际生产条件下,向AZ91D合金中加入1.0%的RE之后,镁合金压铸件的显微组织得到细化,β相的变质良好,合金的平均晶粒尺寸由原来的35μm细化到20gm；合金压铸件的布氏硬度和冲击韧性分别达到70.8HB和11.8J·cm-2,比原合金分别提高了10.5%和34.1%。最终曲轴箱压铸件的台架耐久时间由原来的180小时提高到210小时。在实验室重力铸造条件下,向AM60B合金中添加适量的RE同样能细化合金中a-Mg相,同时β-Mg17Al12相由半连续的网状变为细小弥散分布的颗粒状或骨骼状。当加入1.0%的RE时,对AM60B合金细化变质效果最好。RE的加入同样提高了AM60B合金重力铸造下的力学性能,当添加1.0%的RE时,合金的布氏硬度和抗拉强度分别达到55.3HB和152MPa,比原合金分别提高了12.2%和18.8%。在工厂实际压铸条件下,向AM60B合金中分别添加1.0%的RE和3.3%Mg-30RE中间合金后,合金压铸件的显微组织都得到了细化,β相的变质良好,但添加Mg-30RE中间合金的压铸件比添加RE的AM60B合金压铸件显微组织中的p相更细小、分布的更弥散,合金的平均晶粒尺寸由原来的39μm细化到20μm。添加3.3%Mg-30RE中间合金后,AM60B合金压铸件的布氏硬度和冲击韧性分别达到63.4HB和18.8j·cm-2,比原合金分别提高了14.0%和37.2%,均好于单纯添加1.0%的RE的AM60B合金压铸件。压铸态下AM60B合金的断裂方式为脆性断裂,经RE和Mg-30RE中间合金变质后,冲击断口出现韧窝和撕裂棱,合金的韧性变好。最终,添加Mg-30RE中问合金后曲轴箱的台架耐久时间由原来的200小时提高到390小时,达到了企业对电锤用部件平均须耐久300小时的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电动工具的发展概述
• 1.1.1 国外电动工具发展情况
• 1.1.2 国内电动工具发展特点
• 1.2 压铸镁合金的特点及其在电锤上的应用
• 1.2.1 压铸镁合金特点
• 1.2.2 压铸镁合金在电锤上的应用
• 1.3 目前镁合金压铸件在电锤上应用存在的问题
• 1.4 课题的提出
• 1.5 研究内容与意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 1.6 技术路线
• 2 实验过程及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验室合金的熔炼设备及重力铸造工艺
• 2.2.1 实验室熔炼设备
• 2.2.2 实验室中合金的熔炼工艺
• 2.3 工厂合金压铸设备及压铸工艺
• 2.3.1 工厂压铸设备
• 2.3.2 电锤用镁合金件的熔炼及压铸工艺
• 2.4 试样的制备及分析手段
• 2.4.1 金相显微分析
• 2.4.2 相分析
• 2.4.3 断口形貌分析
• 2.4.4 合金化学成分分析
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 常温拉伸试验
• 2.5.2 硬度试验
• 2.5.3 常温冲击韧性试验
• 2.5.4 台架试验
• 3 RE对AZ91D合金显微组织及性能的影响
• 3.1 RE对重力铸造下AZ91D合金显微组织及性能的影响
• 3.1.1 重力铸造AZ91D合金的相组成及显微组织
• 3.1.2 RE对重力铸造AZ91D合金显微组织的影响
• 3.1.3 RE对重力铸造AZ91D合金力学性能的影响
• 3.2 RE对AZ91D合金压铸件显微组织及性能的影响
• 3.2.1 RE对AZ91D合金压铸件显微组织的影响
• 3.2.2 RE对AZ91D合金压铸件晶粒尺寸的影响
• 3.2.3 RE对AZ91D合金压铸件力学性能的影响
• 3.2.4 RE对AZ91D合金曲轴箱件台架耐久性能的影响
• 3.3 本章小结
• 4 RE对AM60B合金显微组织及性能的影响
• 4.1 RE对重力铸造AM60B合金显微组织及性能的影响
• 4.1.1 重力铸造AM60B合金的相组成及显微组织
• 4.1.2 RE对重力铸造AM60B合金显微组织的影响
• 4.1.3 RE对重力铸造AM60B合金力学性能的影响
• 4.2 稀土对压铸AM60B合金件显微组织及性能的影响
• 4.2.1 RE和Mg-RE中间合金对AM60B合金压铸件显微组织的影响
• 4.2.2 RE和Mg-RE中间合金对AM60B合金压铸件晶粒尺寸的影响
• 4.2.3 RE和Mg-RE中间合金对AM60B合金压铸件力学性能的影响
• 4.2.4 室温冲击断口形貌分析
• 4.2.5 Mg-RE中间合金对AM60B合金曲轴箱件台架耐久性能的影响
• 4.2.6 AM60B+3.3%Mg-30RE合金曲轴箱件的成分分析
• 4.3 本章小结
• 5 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果