【摘要】：由于鉛黃銅中的有毒元素鉛對(duì)人體和環(huán)境的極大危害,GB18145-2014《陶瓷密封片水嘴標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)水龍頭的最高鉛析出量做出了嚴(yán)格限定,這導(dǎo)致現(xiàn)用的水龍頭鉛黃銅HPb59-1難以滿足該國(guó)標(biāo)要求。為了解決這一問(wèn)題,在廣東省公益研究與能力建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“環(huán)保無(wú)鉛易切削硅黃銅水龍頭材料的研制”與廣東省應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)重大項(xiàng)目“新一代環(huán)保黃銅水龍頭關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”的支持下,課題組研發(fā)出了一種可用作水龍頭材料的無(wú)鉛易切削高強(qiáng)耐蝕硅黃銅合金。毋庸置疑,與鉛黃銅相比,研發(fā)的環(huán)保無(wú)鉛硅黃銅具有獨(dú)特的密度、熔點(diǎn)、固液相線等物性參數(shù),因而探究其復(fù)雜、薄壁水龍頭零件的成形工藝尤為重要。有鑒于此,本論文以前期研發(fā)的環(huán)保無(wú)鉛硅黃銅作為研究對(duì)象,以適合低成本大批量生產(chǎn)高質(zhì)量、壁薄、形狀復(fù)雜高性能鑄件的低壓鑄造技術(shù)為成形手段,探索適合其產(chǎn)業(yè)化的低壓鑄造工藝,將打破目前環(huán)保黃銅僅僅停留于材料研發(fā)而未進(jìn)入產(chǎn)品研制的研究現(xiàn)狀。根據(jù)水龍頭產(chǎn)業(yè)化制造的工藝流程,首先熔煉金屬單質(zhì)和中間合金獲得成分均勻的合金熔體,通過(guò)研究有序編號(hào)合金棒的組織性能均勻性,以優(yōu)化合金熔體的熔化工藝并為后續(xù)低壓鑄造提供組織性能均勻的合金棒料;隨后,利用所測(cè)定的物性參數(shù)對(duì)該環(huán)保無(wú)鉛硅黃銅水龍頭產(chǎn)品的低壓鑄造過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,探索各工藝參數(shù)對(duì)充型和凝固過(guò)程中流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響規(guī)律,得出較為合適的工藝參數(shù);最后,采用模擬所得工藝參數(shù)進(jìn)行低壓鑄造試驗(yàn),探索工藝參數(shù)與鑄件組織性能之間的相互關(guān)系,最終通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合確定最優(yōu)的水龍頭低壓鑄造工藝參數(shù)。得出的主要結(jié)論如下:(1)所用熔煉工藝下熔煉的合金熔體各部分組織性能與化學(xué)成分較為均勻,其微觀組織以BCC結(jié)構(gòu)的β相為基體,FCC結(jié)構(gòu)的α相作為第二相均勻分布在β基體上,且α相以針狀和顆粒狀為主。與現(xiàn)用水龍頭材料鉛黃銅HPb59-1(抗拉強(qiáng)度420MPa,延伸率12%)相比,熔煉合金棒抗拉強(qiáng)度平均值為550.0MPa,較HPb59-1高30.9%;延伸率平均值為16.9%,較HPb59-1高40.7%;布氏硬度為157.9HB。另外,其平均脫鋅層厚度為140.49μm,遠(yuǎn)小于HPb59-1的369.1μm;其金屬污染物析出值均低于國(guó)標(biāo)GB 18145-2014規(guī)定的限定值;其綜合切削性能為115.23%,與HPb59-1綜合切削性能的115%相近。以上結(jié)果表明該環(huán)保無(wú)鉛硅黃銅材料能夠滿足水龍頭的使役要求。(2)利用Anycasting數(shù)值模擬軟件探究了加壓速度和澆鑄溫度兩個(gè)工藝參數(shù)下的充型和凝固規(guī)律,表明9000Pa/s是本研究中較為合適的加壓速度,1000℃-1015℃是本研究中最為合適的澆鑄溫度。(3)通過(guò)控制變量法,研究了單個(gè)低壓鑄造工藝參數(shù)對(duì)環(huán)保無(wú)鉛硅黃銅水龍頭鑄件微觀組織演變和力學(xué)性能變化的影響規(guī)律。結(jié)果表明:a)隨著澆鑄溫度從980℃升高到1015℃,將使相轉(zhuǎn)變過(guò)程擁有更充足的時(shí)間,從而促使β相粗化以及促進(jìn)針狀或者板條狀α相的形成,進(jìn)而導(dǎo)致鑄件塑性降低;b)當(dāng)充型時(shí)間從4s增加到7s時(shí),會(huì)導(dǎo)致模具散熱過(guò)程減緩,從而使得相轉(zhuǎn)變時(shí)間更加充裕,促使β相粗化以及促進(jìn)針狀或者板條狀α相的形成,進(jìn)而導(dǎo)致鑄件塑性降低;c)增大保壓壓力,能夠細(xì)化β相的晶粒尺寸,同時(shí)促進(jìn)顆粒狀α相的形成,從而能夠使鑄件獲得更加優(yōu)異的力學(xué)性能;d)增大保壓時(shí)間,能夠使β相晶粒尺寸更加細(xì)小,同時(shí)促進(jìn)α相析出形成顆粒狀或短棒狀,從而提高鑄件的抗拉強(qiáng)度和塑性。(4)針對(duì)本論文選用的水龍頭模具和硅黃銅材料,結(jié)合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,較為合適的低壓鑄造工藝參數(shù)為:澆鑄溫度1000℃,充型時(shí)間4s,保壓壓力0.0395MPa,保壓時(shí)間13s;相應(yīng)地,通過(guò)控制變量法得出的最優(yōu)力學(xué)性能為:延伸率15.0%,屈服強(qiáng)度359.8MPa,抗拉強(qiáng)度598.9MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)用水龍頭材料鉛黃銅HPb59-1(GB/T4423-2007)。
【圖文】：

華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文通常為 20~60kPa，因而稱之為低壓鑄造[15]。其原理如圖 1-1 所進(jìn)坩堝爐中進(jìn)行熔融并保溫，，當(dāng)進(jìn)行低壓鑄造時(shí)，往坩堝爐中通壓縮空氣，利用氣體對(duì)金屬熔液的液面產(chǎn)生壓力，在壓力作用下液液面慢慢上升，并平穩(wěn)地從下往上填充鑄件型腔。當(dāng)充型過(guò)

各主要研究?jī)?nèi)容關(guān)系圖
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG249.2;TS914.33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2654782