大型铜合金轴承保持架压铸工艺及模具用钢的研究

论文摘要

随着现代制造技术的迅速发展,越来越多的零件采用热挤压、精锻、压铸等工艺成形,由于铜合金零部件具有良好的耐腐蚀性和再生率高等优点,铜合金零部件应用领域也在不断扩展。针对铜合金以往的离心三铸造方法的缺陷和其压铸模具寿命低等原因,本课题采用压铸技术,对铜合金压铸工艺、压铸模具钢组织性能和模具钢的热疲劳性能方面进行了研究。本文使用HPb59-1铜合金作为压铸材料,通过数值模拟,研究确定大型轴承中球面向心圆柱滚子保持架的压铸工艺:浇注温度1100℃,模具温度200℃,开模时间20s,快速压射速度为2.0m/s。并对铜合金轴承保持架进行了压铸试验。考虑到压铸后铸件容易产生内部气孔等缺陷,加入了真空系统,使得在压铸前模具型腔基本处于真空状态,最终基本解决了产品内部缺陷问题。在H13钢的基础上,通过对合金化学成分设计,配制出一种适合于铜合金压铸模具钢。该钢经过1150℃淬火,650℃回火,保温2小时的热处理工艺后,具有微细的显微组织和较高的强韧性配合。回火组织为细小板条状马氏体,其上分布有细小的碳化物。本文采用盐浴热疲劳试验法为手段,对配制的模具钢试样进行了热疲劳研究试验。通过不同的热处理工艺,比较热疲劳裂纹的生长情况,研究发现,经铜合金液腐蚀试样,其裂纹扩展速度明显加快。在冷热循环的过程中,模具表面的温度交替足以产生一定的压应力导致试样缺口处的塑性变形,是模具表面产生裂纹的主要原因。在相同的热处理条件下,该模具钢试样裂纹生长速度大大低于H13钢,经过400个周期后,裂纹长度为1.16mm。在1100℃淬火,630℃回火,保温2小时后,试样钢的热稳定性优于H13钢,其硬度值为50HRC,比H13钢高6.9HRC。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 课题的研究背景及意义
• 1.1 压铸的概况
• 1.1.1 压铸的发展历史
• 1.1.2 压铸在国内的发展现状
• 1.1.3 压铸的实质及特点
• 1.1.4 压铸的缺点
• 1.2 真空压铸技术
• 1.2.1 真空压铸的趋势
• 1.2.2 真空压铸的特点
• 1.3 压铸用材料
• 1.3.1 压铸用合金
• 1.3.2 铜在压铸领域的应用
• 1.3.3 合金元素对铜合金压铸的影响
• 1.4 工艺参数对压铸的影响
• 1.4.1 压铸压力
• 1.4.2 压铸速度
• 1.4.3 浇注温度
• 1.4.4 模具温度
• 1.4.5 留模时间
• 1.5 压铸涂料
• 1.6 压铸模具的发展背景
• 1.6.1 模具的发展现状
• 1.6.2 我国模具行业的发展概况
• 1.6.3 国外热作模具钢的研究现状及发展
• 1.6.4 国内热作模具钢的研究现状
• 1.7 模具材料与模具寿命
• 1.7.1 模具材料与模具寿命
• 1.7.2 锻造与模具寿命
• 1.7.3 热处理与模具寿命
• 1.7.4 影响压铸模具寿命的因素
• 1.7.5 铜合金压铸模主要失效形式
• 1.7.6 提高铜合金压铸模寿命的方法
• 1.8 课题研究的主要技术内容
• 1.8.1 课题研究的背景意义
• 1.8.2 铜合金压铸的技术问题
• 1.8.3 铜合金压铸用模具钢热疲劳分析
• 第二章 铜合金的压铸成形实验
• 2.1 实验条件
• 2.1.1 压铸机及工作参数
• 2.1.2 合金熔炼装置及仪器
• 2.2 实验材料
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 铜合金的熔炼
• 2.3.2 熔炼用覆盖剂
• 2.4 压铸工艺的研究
• 2.4.1 浇注温度的选择
• 2.4.2 模具温度的选择
• 2.4.3 压射速度的选择
• 2.4.4 增压比压的选择
• 2.4.5 时间参数的选择
• 2.5 保持架压铸成形过程的数值模拟
• 2.5.1 实体模型的建立
• 2.5.2 实体保持架充型过程
• 2.5.3 实体保持架凝固过程
• 2.5.4 缩孔及缩松缺陷预测与结果分析
• 2.6 小结
• 第三章 铜合金保持架的真空压铸研究
• 3.1 模具结构的改进
• 3.2 真空系统
• 3.3 真空压铸工艺的确定
• 3.4 实验结果及分析
• 3.5 小结
• 第四章 压铸模具钢
• 4.1 实验用原材料
• 4.2 熔炼设备
• 4.3 熔炼工艺
• 4.4 热处理工艺
• 4.4.1 锻造工艺
• 4.4.2 锻材等温退火
• 4.4.3 淬火、回火工艺选择
• 4.5 力学性能测试
• 4.5.1 拉伸性能
• 4.5.2 回火硬度
• 4.6 模具钢的回火组织
• 4.7 小结
• 第五章 压铸模具寿命的研究
• 5.1 模具材料的选择
• 5.2 试验条件及方法
• 5.2.1 冷热疲劳实验装置及仪器
• 5.2.2 实验材料的制备
• 5.2.3 热疲劳实验方法
• 5.3 试样的热疲劳失效分析
• 5.3.1 裂纹生长情况
• 5.3.2 裂纹生长机理
• 5.4 渗铜件的热疲劳实验
• 5.4.1 渗铜件的制备
• 5.4.2 渗铜件的失效分析
• 5.5 渗铜件与非渗铜件的对比
• 5.6 模具钢试样与H13钢失效对比分析
• 5.6.1 各合金元素在模具钢中的作用
• 5.6.2 未渗铜模具钢试样与H13钢失效分析对比
• 5.6.3 渗铜模具钢试样与H13钢失效分析对比
• 5.7 模具钢热疲劳性能影响因素
• 5.8 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢