激冷铸铁凸轮轴组织性能研究及铸造工艺优化

激冷铸铁凸轮轴组织性能研究及铸造工艺优化

论文摘要

本文通过实验研究和数值模拟相结合的方式,对激冷铸铁凸轮轴分别从其铸造工艺、显微组织、力学性能等方面进行了研究。研究表明,浇注温度和孕育处理对激冷铸铁凸轮轴组织及性能有较大的影响。实验表明,当浇注温度在1380℃~1400℃时能获得合适的白口深度和显微组织。Si-Ba和稀土La都是铸铁优良的孕育剂。当采用Si-Ba进行孕育处理时,Si-Ba加入量≤0.3%时有很好的孕育效果;当采用稀土La进行孕育处理时,稀土La加入量≤0.02%有很好的孕育效果。通过这两种孕育处理方案都能有效减小白口深度,促进A型石墨形成,并增加共晶团数量。另外,力学实验表明,在满足其他技术要求的前提下,加入Si-Ba和稀土La都能有效提高铸件的抗拉强度。针对激冷铸铁凸轮轴生产过程中经常会出现缩孔、缩松等缺陷,采用View Cast铸造模拟软件对铸造工艺进行优化。模拟结果表明,导致铸造缺陷的主要原因是金属液在型腔中的流动速度太大造成卷气而引起的。为了消除铸造缺陷,通过加入第二直浇道和设置阻流截面法两种方案对初始工艺进行了优化。模拟结果表明,这两种工艺均能消除原工艺中出现的缺陷,但是由于第一种方法要引入第二直浇道,对原始模具修改比较大,故采用了第二种方案。目前,方案二已经应用于实际生产中。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.2 合金铸铁凸轮轴铸造工艺
  • 1.2.1 铁型覆砂铸造
  • 1.2.2 壳型填铁丸铸造
  • 1.2.3 消失模铸造
  • 1.3 计算机技术在铸造过程中的应用
  • 1.3.1 铸造过程数值模拟技术的发展
  • 1.3.2 计算机数值模拟在凸轮轴生产中的应用
  • 1.4 铸铁的孕育处理
  • 1.4.1 孕育剂的发展
  • 1.4.2 孕育剂的作用及分类
  • 1.4.3 几种常用的孕育剂及孕育效果的评估
  • 1.4.4 孕育剂在激冷铸铁凸轮轴生产中的应用
  • 1.5 本文主要研究内容
  • 2 实验方法
  • 2.1 实验材料
  • 2.2 合金熔炼与浇注
  • 2.3 显微组织观察
  • 2.4 力学性能测试
  • 3 浇注温度对凸轮轴组织性能的影响
  • 3.1 实验方案
  • 3.2 浇注温度对凸轮轴组织性能的影响
  • 3.2.1 浇注温度对凸轮白口深度的影响
  • 3.2.2 浇注温度对凸轮轴石墨形态的影响
  • 3.2.3 浇注温度对凸轮轴显微组织的影响
  • 3.3 本章小结
  • 4 孕育处理对凸轮轴组织性能的影响
  • 4.1 实验方案
  • 4.2 Si-Ba 对凸轮轴组织性能的影响
  • 4.2.1 Si-Ba 对凸轮轴石墨形态的影响
  • 4.2.2 Si-Ba 对凸轮轴显微组织的影响
  • 4.2.3 Si-Ba 对莱氏体立体形貌的影响
  • 4.2.4 Si-Ba 对凸轮轴基体共晶团数量的影响
  • 4.2.5 Si-Ba 对凸轮轴基体抗拉强度的影响
  • 4.2.6 拉伸断口分析
  • 4.3 稀土La 对凸轮轴组织性能的影响
  • 4.3.1 稀土La 对凸轮轴石墨形态的影响
  • 4.3.2 稀土La 对凸轮轴显微组织的影响
  • 4.3.3 稀土La 对莱氏体立体形貌的影响
  • 4.3.4 稀土La 对凸轮轴基体共晶团数量的影响
  • 4.3.5 稀土La 对凸轮轴基体抗拉强度的影响
  • 4.3.6 拉伸断口分析
  • 4.4 本章小结
  • 5 铸造工艺优化
  • 5.1 实际生产条件及初始工艺分析
  • 5.1.1 实际生产条件
  • 5.1.2 数值模拟的初始条件
  • 5.1.3 原始方案充型过程模拟
  • 5.1.4 原始方案凝固过程模拟
  • 5.2 浇注工艺的改进方案一(增加第二直浇道)
  • 5.2.1 方案一充型过程模拟
  • 5.2.2 方案一凝固过程模拟
  • 5.3 浇注工艺的改进方案二(阻流截面控制金属液流速)
  • 5.3.1 设计计算
  • 5.3.2 方案二充型过程模拟
  • 5.3.3 方案二凝固过程模拟
  • 5.4 本章小结
  • 6 结论
  • 参考文献
  • 附录Ⅰ
  • 附录Ⅱ
  • 作者简历
  • 学位论文数据集
  • 相关论文文献

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