本文關(guān)鍵詞：缸蓋用復(fù)合鑄鐵的制備工藝與組織性能研究

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【摘要】：隨著柴油機(jī)功率密度的提升,柴油機(jī)氣缸蓋所承受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷越來越高,致使氣缸蓋不同部位的使用環(huán)境差異增大,具體表現(xiàn)在：缸蓋火力面工作溫度非常高,要求材料具有很好的導(dǎo)熱性和抗氧化性能,其它部位要求材料具有高強(qiáng)韌性能。然而,采用傳統(tǒng)均質(zhì)鑄鐵材料制造的柴油機(jī)缸蓋由于無法同時(shí)兼顧強(qiáng)韌性、導(dǎo)熱性及抗高溫氧化等性能,致使國內(nèi)外高功率柴油機(jī)氣缸蓋常發(fā)生熱應(yīng)力開裂問題。因此研究新型復(fù)合鑄鐵材料制備方法及組織性能具有非常重要的理論與工程實(shí)際意義。本文開發(fā)了三種復(fù)合鑄鐵材料制備方法：1)鑄型涂抹變質(zhì)涂料方法；2)局部適量增大凝固速率方法；3)雙金屬液鑄造方法。綜合利用OM, EPMA,導(dǎo)熱系數(shù)測試以及抗拉強(qiáng)度測試等檢測手段分析不同工藝對(duì)制備的復(fù)合鑄鐵組織和性能的影響。在涂料法制備復(fù)合鑄鐵工藝中,通過改變涂料中FeS變質(zhì)劑含量在蠕墨鑄鐵表面成功制備一層灰鑄鐵,形成灰/蠕復(fù)合鑄鐵。隨著FeS含量的增大,表層灰鑄鐵的厚度先逐漸增大后達(dá)到平衡,最大厚度達(dá)到5.3mm；從表層到內(nèi)部,Mg元素含量逐漸升高,S元素含量逐漸降低,石墨形態(tài)由A型向A+D型,最后變?yōu)镈型石墨過渡。表層灰鑄鐵的形成機(jī)理為S與Mg形成MgS等化合物,致使表面的殘余Mg含量降低,發(fā)生蠕化衰退現(xiàn)象。通過導(dǎo)熱系數(shù)測試證明灰/蠕復(fù)合鑄鐵鑄件表層導(dǎo)熱性能優(yōu)于鑄件本體。在制備球/蠕復(fù)合鑄鐵工藝中,表層球鐵層厚度隨著球化劑涂料中鎂元素含量增加而增加,采用25%稀土鎂+15%純鎂混合變質(zhì)劑涂料效果最優(yōu),能夠在蠕墨鑄鐵鑄件表層得到34mm左右的球墨層。在研究冷卻速率對(duì)鑄鐵石墨形態(tài)影響的試驗(yàn)中,當(dāng)冷卻速率增加時(shí),灰鑄鐵表層石墨由A型石墨轉(zhuǎn)變?yōu)镈型石墨,表層D型石墨層厚度隨冷卻速度增大而增大；蠕墨鑄鐵表層蠕蟲石墨會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钍?且隨著蠕墨鑄鐵表層凝固速率的增加,表層球化層厚度與球化率均明顯上升。在研究雙金屬液澆注復(fù)合鑄鐵的工藝中,通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬進(jìn)行雙金屬液流場及溫度場模擬研究,研究發(fā)現(xiàn)采用底注式澆注系統(tǒng)澆注下層金屬液,采用縫隙扇形式澆注系統(tǒng)澆注上層金屬液,澆注速度選擇為5cm/s,兩種金屬液澆注間隔時(shí)間選擇為20s,下層金屬液澆注高度超過理論結(jié)合面15mm,結(jié)合層附近產(chǎn)生的擾動(dòng)程度較小。通過實(shí)際澆注灰/蠕墨鑄鐵試驗(yàn)表明,澆注的鑄件從底向上的石墨形態(tài)分別由片狀石墨向蠕蟲狀石墨過渡分布,且石墨形態(tài)過渡比較平穩(wěn),鑄件縱截面上石墨形態(tài)無明顯混雜。制備出的灰/蠕復(fù)合鑄鐵的抗拉強(qiáng)度高于灰鑄鐵,而其導(dǎo)熱性能高于蠕墨鑄鐵。
【關(guān)鍵詞】：缸蓋用復(fù)合鑄鐵 制備工藝 石墨形態(tài) 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK426;TG250
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 國內(nèi)外高功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋材料服役現(xiàn)狀10-11
• 1.2 高功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鑄鐵材料的分類及組織性能11-13
• 1.2.1 灰鑄鐵11-12
• 1.2.2 球墨鑄鐵12
• 1.2.3 蠕墨鑄鐵12-13
• 1.3 鑄鐵凝固時(shí)影響石墨形核及長大的因素13-15
• 1.3.1 元素含量對(duì)鑄鐵石墨形態(tài)的影響13-14
• 1.3.2 鐵液凝固速率對(duì)石墨形態(tài)的影響14-15
• 1.4 雙金屬復(fù)合鑄造工藝現(xiàn)狀及發(fā)展15-16
• 1.5 計(jì)算機(jī)鑄造模擬軟件在鑄造過程中的應(yīng)用16-19
• 1.5.1 國內(nèi)外鑄造模擬軟件的發(fā)展16-18
• 1.5.2 目前國內(nèi)外主流商用CAE鑄造模擬軟件18-19
• 1.5.3 實(shí)驗(yàn)中所用計(jì)算模擬軟件Anycasting各模塊介紹19
• 1.6 研究內(nèi)容及技術(shù)路線19-22
• 1.6.1 研究內(nèi)容19-20
• 1.6.2 技術(shù)路線20-21
• 1.6.3 金屬液充型及凝固過程計(jì)算機(jī)模擬方案流程21-22
• 2 試驗(yàn)材料與方法22-26
• 2.1 試驗(yàn)用材料成分22
• 2.2 鑄鐵材料熔煉工藝22-24
• 2.3 復(fù)合鑄鐵材料的制備方法24
• 2.4 復(fù)合鑄鐵組織及性能檢測方法24-26
• 2.4.1 顯微組織及化學(xué)成分檢測24
• 2.4.2 力學(xué)性能測試24-25
• 2.4.3 導(dǎo)熱系數(shù)測試25-26
• 3 鑄造涂料對(duì)鑄鐵表面改性研究26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 FeS涂料制備灰/蠕復(fù)合鑄鐵工藝研究26-32
• 3.2.1 FeS涂料配比工藝26-27
• 3.2.2 鑄型設(shè)計(jì)及導(dǎo)熱試樣取樣27
• 3.2.3 FeS加入量對(duì)灰/蠕復(fù)合鑄鐵表層灰鐵層厚度的影響27-28
• 3.2.4 FeS加入量對(duì)灰/蠕復(fù)合鑄鐵表層灰鐵層顯微組織的影響28-29
• 3.2.5 灰/蠕復(fù)合鑄鐵表層灰鐵層形成機(jī)理分析29-32
• 3.2.6 灰/蠕復(fù)合鑄鐵導(dǎo)熱性能測試結(jié)果32
• 3.3 鎂/稀土鎂球化涂料制備球/蠕復(fù)合鑄鐵工藝研究32-36
• 3.3.1 鎂/稀土鎂球化涂料配比工藝32-33
• 3.3.2 單因素球化劑變量對(duì)球/蠕復(fù)合鑄鐵表層球化效果的影響33-35
• 3.3.3 雙因素球化劑變量對(duì)球/蠕復(fù)合鑄鐵表層球化效果的影響35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 4 冷卻速率對(duì)復(fù)合鑄鐵石墨形態(tài)的影響38-47
• 4.1 引言38
• 4.2 鑄件在銅模水冷中的凝固過程模擬38-41
• 4.2.1 水冷銅模模具設(shè)計(jì)38-39
• 4.2.2 模具及澆注工藝的邊界條件設(shè)定39-40
• 4.2.3 鑄件在水冷銅模中冷卻過程模擬結(jié)果與分析40-41
• 4.3 鑄鐵不同冷卻速率對(duì)石墨形態(tài)的影響研究41-46
• 4.3.1 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)41-42
• 4.3.2 鑄件凝固時(shí)的冷卻曲線測量及鑄件冷卻速度計(jì)算42-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 5 雙金屬液-液澆注復(fù)合鑄鐵的工藝研究47-69
• 5.1 引言47
• 5.2 不同澆注系統(tǒng)對(duì)雙金屬液模擬沖型過程的影響47-61
• 5.2.1 鑄件尺寸設(shè)計(jì)47-48
• 5.2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-49
• 5.2.3 不同澆注系統(tǒng)的模型建立49-51
• 5.2.4 不同澆注系統(tǒng)的模具生成51
• 5.2.5 金屬液充型模擬參數(shù)設(shè)定51-53
• 5.2.6 金屬液在不同澆注系統(tǒng)中沖型模擬結(jié)果53-61
• 5.3 澆注工藝參數(shù)對(duì)雙金屬液模擬沖型過程的影響61-66
• 5.3.1 鑄型及澆注系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定61-62
• 5.3.2 模具參數(shù)設(shè)定62-63
• 5.3.3 雙金屬液澆注速度及澆口參數(shù)設(shè)定63-65
• 5.3.4 雙金屬液不同澆注速度的模擬結(jié)果65-66
• 5.4 雙金屬液澆注復(fù)合鑄鐵的實(shí)際驗(yàn)證66-68
• 5.4.1 材料成分檢測方法選擇66
• 5.4.2 實(shí)際澆注鑄件的組織性能66-68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 6 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利75-76
• 致謝76-78

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1 張公文;談復(fù)合孕育高錳灰鑄鐵在烘缸生產(chǎn)中的應(yīng)用[J];河南機(jī)電高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào);2001年02期

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4 馬占平;鑄鐵冷焊的特殊技藝應(yīng)用分析[J];焊接技術(shù);2005年01期

5 Mikael Lindholm;Michael Karlkvist;;通過考慮多項(xiàng)因素推動(dòng)鑄鐵加工的發(fā)展[J];世界制造技術(shù)與裝備市場;2013年03期

6 廖裕力;何本謙;;國外發(fā)展密集石墨鑄鐵情況綜述[J];機(jī)械科技動(dòng)態(tài);1979年02期

7 邱友鹿;;合金磨削鑄鐵——介紹一種新型鑄鐵材料[J];四川機(jī)械;1980年03期

8 邱友鹿;合金磨削鑄鐵——介紹一種新型鑄鐵材料[J];機(jī)械工程材料;1982年06期

9 Wolfram Weis;裘明仁;;灰鑄鐵年度評(píng)述[J];現(xiàn)代鑄鐵;1983年03期

10 莫叔遲;鈮-錳-鐵在鑄鐵材料中應(yīng)用的研究[J];鋼鐵研究總院學(xué)報(bào);1985年03期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 盛達(dá);王昆林;李雙壽;;稀土在鑄鐵中的應(yīng)用大有可為[A];第九屆中國稀土企業(yè)家聯(lián)誼會(huì)會(huì)議論文集[C];2002年

2 翟啟杰;李青春;;鈮對(duì)鑄鐵作用的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用[A];中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)第十一屆全國鑄造年會(huì)論文集[C];2006年

3 陳楨杰;;灰鑄鐵缸體中合金元素的應(yīng)用及分析[A];創(chuàng)新裝備技術(shù) 給力地方經(jīng)濟(jì)——第三屆全國地方機(jī)械工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸機(jī)械科技論壇論文集[C];2013年

4 朱永敏;;全廢鋼增碳工藝是感應(yīng)爐熔煉鑄鐵的唯一優(yōu)勢(shì)工藝[A];第十三屆21省（市、區(qū)）4市鑄造會(huì)議暨第七屆安徽省鑄造技術(shù)大會(huì)論文集[C];2012年

5 王金國;逄偉;于家祥;姜啟川;;灰鑄鐵中的石墨在切削加工過程中的變形規(guī)律及其對(duì)切削加工性能的影響[A];2010年中國鑄造活動(dòng)周論文集[C];2010年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 特約記者 郝文昌;十二所研制成功合成鑄鐵[N];中國船舶報(bào);2006年

2 潘寧;新型鑄鐵材料延長活塞壽命[N];中國質(zhì)量報(bào);2010年

3 翟啟杰　周文彬 華勤 朱洪波 征燈科 孫小亮 閻永生 宋長江;鈮在汽車鑄鐵制動(dòng)盤中的應(yīng)用[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2011年

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1 周文彬;鈮在高碳當(dāng)量灰鑄鐵中的作用及在制動(dòng)盤生產(chǎn)中的應(yīng)用[D];上海大學(xué);2010年

2 宋起飛;激光仿生耦合處理灰鑄鐵的摩擦磨損性能[D];吉林大學(xué);2007年

3 王紫色;鐵質(zhì)文物的土壤腐蝕機(jī)理與保護(hù)方法研究[D];北京化工大學(xué);2008年

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1 馮晨輝;高碳低硅含鈮灰鑄鐵在制動(dòng)盤中的應(yīng)用[D];山東大學(xué);2016年

2 張延京;缸蓋用復(fù)合鑄鐵的制備工藝與組織性能研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2016年

3 林浩;高強(qiáng)度合成灰鑄鐵的組織性能及斷裂特征[D];西安理工大學(xué);2010年

4 孫曉敏;鉻、錳對(duì)高碳灰鑄鐵組織性能影響的研究[D];山東建筑大學(xué);2012年

5 汪振華;貝氏體灰鑄鐵汽缸套生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)研究[D];廣西大學(xué);2006年

6 程海明;高強(qiáng)度高彈性模量低殘余應(yīng)力鑄鐵的制備與組織性能分析[D];西南交通大學(xué);2008年

7 陳鋒;鑄鐵的凝固行為與組織控制[D];東華大學(xué);2013年

8 黃勝操;發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用灰鑄鐵材料加工性鑄鐵材能研究[D];河南科技大學(xué);2013年

9 葉玉龍;鑄鐵造紙烘缸超聲波無損檢測技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2013年

10 師素粉;鑄鐵材料在水環(huán)境（海水、淡水、鹽水）中的腐蝕研究[D];太原科技大學(xué);2008年

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