【摘要】：斗齒作為挖掘機與物料直接接觸的零件,常處在復雜惡劣工況下工作,屬于挖掘機中的易磨損件,所以要求齒尖具有高硬度與高耐磨性,其他部位具有強韌性的力學性能。然而傳統(tǒng)成形工藝生產的斗齒已無法滿足人們對其力學性能日益提高的要求。本文提出以液態(tài)模鍛工藝成形斗齒的技術思路,設計了完整的液態(tài)模鍛斗齒技術方案。首先,選取低碳合金鋼ZG14CrMnSiNi為研究對象,利用SEM、EDS、JB-50沖擊試驗機等其他檢測設備,研究ZG14CrMnSiNi在不同壓力下組織、硬度、韌性及其他力學性能特點,得出了壓力對液鍛斗齒材料組織與力學性能的影響規(guī)律,同時分析了液態(tài)模鍛對于改善材料組織與提高材料力學性能的積極作用;其次,通過對斗齒結構分析,設計出了液態(tài)模鍛斗齒專用模具和成形工藝方案;然后,利用ProCAST仿真模擬軟件對液鍛斗齒工藝進行模擬,通過對溫度場、應力場以及鑄造缺陷的觀察與分析,驗證方案可行性;最后,針對斗齒液態(tài)模鍛工藝方案與模具方案設計出了滿足適用斗齒專用液鍛壓力機的技術方案。得到的主要結論如下:(1)液鍛比壓對于改善ZG14CrMnSiNi晶粒尺寸有著顯著的作用。隨著比壓的增大,晶粒逐步細化,但是隨著比壓的增大,壓力對于晶粒的細化作用逐漸減弱。相比傳統(tǒng)的金屬型鑄造工藝,液鍛斗齒鋼的組織及晶粒尺寸更加均勻。在鑄態(tài)時,金屬型鑄造鐵素體的晶粒尺寸最大,比壓60MPa液鍛試樣鐵素體晶粒尺寸相比金屬型鑄造減小了 33.0%,比壓120MPa液鍛試樣鐵素體晶粒尺寸相比金屬型鑄造減小了 43.9%,比壓150MPa液鍛試樣晶粒度相比金屬型鑄造減小了 54.5%;在熱處理態(tài)時,60MPa液鍛試樣晶粒度相比金屬型鑄造減小了 46.0%,比壓120MPa液鍛試樣的晶粒度相比金屬型鑄造減小了 60.0%,比壓150MPa液鍛試樣晶粒度相比金屬型鑄造減小了 69.6%。(2)經過對比不同比壓下材料的硬度、沖擊韌性以及耐磨性得到隨著壓力的增大,材料的硬度與沖擊韌性逐漸變大。在比壓150MPa下,100min試樣磨損量最小為0.4697g,與金屬型鑄造相比耐磨性提高了將近40.0%,較比壓60MPa耐磨性提高了 10.7%,較比壓120MPa下耐磨性提高了 13.6%,說明試樣硬度與韌性的提高帶來了良好的耐磨性,壓力在細化晶粒等作用下對于ZG14CrMnSiNi材料力學性能有了明顯的提高。(3)斗齒的液鍛采取一模四腔水平成型,中心對稱矩形布置,上下分模,加壓方案為間接加壓充型+直接加壓補縮,出件方案為下壓頭帶動頂桿快速出件。(4)通過計算機模擬得到可行性工藝方案:液鍛比壓150MPa,充型速度46.6mm/s,澆注溫度為1560℃,模具預熱200℃。綜上所述,通過對斗齒材料的組織與性能研究,證實了用液態(tài)模鍛工藝制作的斗齒在提高耐磨性、減少組織缺陷以及提高斗齒使用壽命方面具有明顯的優(yōu)勢,并且產品性能相比金屬型鑄造有了較大的提升。同時通過對斗齒工藝方案的設計與仿真模擬的結果證實了液態(tài)模鍛斗齒在生產實際中可行性。
【圖文】：

２．１．１合金的熔煉逡逑試驗所用的金屬原材料主要是廢鋼、２０鉻錳料、中碳錳鐵等配制而成。熔煉逡逑合金運用２５ｋｇ中頻電磁感應爐如圖２－１所示，使用的是堿性鎂砂坩堝（主要成分逡逑ＭｇＯ），在空氣中熔煉金屬原料。首先先加入廢鋼料，熔煉時先放半爐，塞滿爐膛，逡逑待熔化后再加入剩下一半鋼材；剩下的鋼材放在爐子上提前進行預熱，然后運用逡逑鉗子加入鋼材；出爐前較短時間內，進行預脫氧處理需往爐內加入錳鐵，出爐前逡逑加入鋁絲與稀土硅進行終脫氧與孕育處理；扒渣處理需要在鋼液澆注前進行。逡逑W逡逑圖２－１邋２５ｋｇ中頻感應爐逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋２５ｋｇ邋ｍｅｄｉｕｍ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑通過直讀光譜儀對金屬液對材料成分進行分析，得到低碳合金鋼化學成分如逡逑１１逡逑

２．１．２試樣制備逡逑將出爐溫度為１６８０°Ｃ的鋼液，為了保證澆注溫度為１５５０°Ｃ±２０，鋼液澆注時逡逑間越短越好。金屬液澆注所用模具如圖２－２（ａ）所示，長寬高尺寸為１４0ｘ５0ｘ４０＿逡逑模具模腔。使用北京交通大學半固態(tài)實驗室的ＴＨＰ１６－２００Ａ型四柱立式液態(tài)模鍛逡逑機如圖２－２（ｂ）所示進行液鍛實驗。進行液鍛比壓為１５０ＭＰａ、１２０ＭＰａ、６０ＭＰａ和逡逑０邋ＭＰａ下的四組實驗，將涂有鋼質液專用涂料的模具溫度預熱到２００°Ｃ，壓頭的擠逡逑壓速度設置為0．３ｍ／ｓ，，澆注到模具中的金屬液保壓時間１５ｓ。每次鋼液的澆注量為逡逑２．３ｋｇ，獲得尺寸為１４0ｘ５0ｘ４０ｍｍ的試樣。上述ＯＭＰａ下的試樣屬于金屬型重力鑄逡逑造，在進行澆注中將制備的大冒口放在模具上進行補縮。逡逑—＾ａｉ逡逑圖２－２實驗用液鍛機模具及液鍛機逡逑（ａ）液態(tài)模鍛模具；（ｂ）ＴＨＰ１６－２００Ａ四柱立式液鍛機逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｑｕｅｅｚｅ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ａｎｄ邋ｄｉｅ邋ｆｏｒ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑（ａ）邋ｓｑｕｅｅｚｅ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｄｉｅ；邋（ｂ）邋ＴＨＰ１６－２００Ａ邋ｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎ邋ｖｅｒｔｉｃａｌ邋ｓｑｕｅｅｚｅ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑對四個試件切割各種試樣的位置如圖２－３所示。取各組試樣前，從試樣表面去除逡逑５ｍｍ氧化層，然后用線切割機從每個試件上截�。硞�ｌ0ｘｌ0ｘ３0ｍｍ沖擊磨料磨損逡逑１２逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU621

【參考文獻】

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