大直径轴承保持架间接挤压铸造的研究

论文摘要

随着现代工业及铸造新技术的发展,间接挤压铸造技术作为一种高效、质优的近终形生产方式得到了广泛应用。但对于大直径Al-Cu合金环形铸件的挤压铸造技术的发展还很滞后。由于Al-Cu合金本身具有较宽的结晶温度范围,解决生产过程铸件成形和热裂问题是本课题研究的关键。据此,本课题以船用柴油机轴承保持架为研究对象,以Al-Cu合金为研究合金,采用间接挤压铸造方式成形。研究挤压方式,模具结构,尤其是浇注系统对于间接挤压铸造成形性的影响规律,并以此来提高金属液的充型能力,实现压力的有效传递,来完成大直径轴承保持架间接挤压铸造。研究表明:（1）上冲头式挤压铸造可以避免金属液的自发充型;（2）通过优化浇注系统可以提高金属液的充型能力,有利于压力的有效传递;（3）通过改进集渣系统,提高了铸件的补缩能力,有效的降低了铸件裂纹率。针对Al-Cu合金的热裂问题,本课题研制了一套间接挤压铸造合金热裂倾向测试装置,并实测了间接挤压铸造Al-Cu合金凝固过程中应力、应变、温度随时间的变化规律,得出应力、应变、温度三者之间的数学关系。结果表明:在温度降低到大约410℃时,在间接挤压铸造Al-Cu合金内部将产生较大的“冲击”应力,由此提出了避免产生热裂的开模温度判定条件。Al-Cu合金轴承保持架成形过程中保压15秒开模,此时铸件温度425℃,略高于合金产生“冲击”应力的温度,可以使裂纹率降低到7.2%。最后,采用优化的模具,在工艺条件为:模具温度200℃,保压时间为15s,浇注温度在780℃,挤压力为200MPa的条件下,轴承保持架成形较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 挤压铸造发展概况
• 1.1.1 挤压铸造技术的发展
• 1.1.2 挤压铸造技术的分类
• 1.1.3 挤压铸造工艺特点
• 1.1.4 挤压铸造工艺参数对铸件质量的影响
• 1.1.5 挤压铸造模具的设计
• 1.1.6 挤压铸造未来发展方向
• 1.2 金属液充型特征研究概况
• 1.2.1 金属液的流动性与充型能力概述
• 1.2.2 影响液态金属充型能力的因素
• 1.3 热裂研究概述
• 1.3.1 热裂机理
• 1.3.2 热裂的评定
• 1.3.3 热裂研究模型
• 1.3.4 防止铸件产生热裂纹的途径
• 1.4 研究意义与实验内容
• 第二章 轴承保持架成形的试验条件与试验方法
• 2.1 合金成分及其熔炼
• 2.1.1 基础合金及合金化元素的选择
• 2.1.2 合金的熔炼
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 挤压铸造设备
• 2.2.2 熔炼设备
• 2.3 实验模具及其工作过程
• 2.3.1 轴承保持架模具
• 2.3.2 模具工作过程
• 2.4 试验方法及实验过程
• 2.4.1 工艺参数的确定
• 2.4.2 挤压铸造成型过程
• 第三章 轴承保持架成形过程及结果分析
• 3.1 初次试验及结果分析
• 3.1.1 试验过程
• 3.1.2 试验结果及分析
• 3.2 模具改进、第二次试验及结果分析
• 3.2.1 充型方式的改进
• 3.2.2 试验结果及分析
• 3.3 模具改进、第三次试验及结果分析
• 3.3.1 浇注系统的改进
• 3.3.2 试验结果及分析
• 3.4 模具改进、第四次试验及结果分析
• 3.4.1 模具的改进
• 3.4.2 实验结果与分析
• 第四章 间接挤压铸造Al-Cu合金热裂倾向性研究
• 4.1 热裂机理
• 4.2 热裂倾向性实验装置与试验方法
• 4.2.1 热裂倾向性实验模具
• 4.2.2 测试系统的设计
• 4.2.3 数据采集软件的设计
• 4.2.4 热裂倾向性实验装置工作过程
• 4.3 热裂倾向性实验结果与分析
• 4.3.1 应力、应变及温度随时间的变化
• 4.3.2 应力、应变与温度的关系
• 4.3.3 应力与应变的关系
• 4.4 轴承保持架成型过程中保压时间的选择
• 第五章 轴承保持架组织分析
• 5.1 试验设备及试样的制备
• 5.1.1 试验设备
• 5.1.2 试样的制备
• 5.2 电子扫描分析——能谱及元素分布分析
• 5.3 金相分析——组织形貌观察
• 第六章 大直径轴承保持架的试制
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢