本文關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)活塞Er變質(zhì)性能強(qiáng)化與重力鑄造過(guò)程仿真研究

  更多相關(guān)文章： ZL108活塞 稀土Er 變質(zhì) 力學(xué)性能 ProCAST數(shù)值模擬

【摘要】：活塞是往復(fù)活塞式制冷壓縮機(jī)的關(guān)鍵零件,對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、振動(dòng)和噪聲等有著重要的影響。ZL108合金具有密度小、比強(qiáng)度高、熱膨脹率低和熱傳導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn),但是未變質(zhì)合金共晶硅呈粗大片狀形式分布于α-Al相基體中,對(duì)合金性能產(chǎn)生不利影響。本文采用拉伸性能測(cè)試、定量金相分析、X射線衍射、掃描電鏡和能譜分析等手段研究了稀土Er對(duì)ZL108合金共晶硅的變質(zhì)作用和機(jī)理,同時(shí)采用ProCAST軟件對(duì)鋁活塞金屬型重力鑄造成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,預(yù)測(cè)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了活塞鑄件縮松缺陷情況。稀土Er主要通過(guò)雜質(zhì)誘發(fā)孿晶機(jī)制對(duì)共晶硅產(chǎn)生明顯的變質(zhì)作用,具有良好的變質(zhì)長(zhǎng)效性和重熔性。除極少量固溶于α-Al相外,稀土Er主要以A13Er金屬間化合物形式析出。當(dāng)稀土Er加入量超過(guò)0.6%時(shí),部分稀土Er以點(diǎn)狀A(yù)lSiEr相和針狀A(yù)lSiCuEr相存在,針狀A(yù)lSiCuEr相對(duì)合金基體產(chǎn)生切割作用,對(duì)合金性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)稀土Er含量為最佳加入量0.6%時(shí),共晶硅得到完全變質(zhì),由粗大片狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯汉鳡罱Y(jié)構(gòu),其平均長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比分別為5.84um和3.89,較未變質(zhì)共晶硅分別減小了73.81%和62.99%,同時(shí)α-Al相二次枝晶臂間距為22.0umm,較未變質(zhì)合金減小了32.31%。稀土鋁合金鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率分別為220.2MPa口2.53%,較未變質(zhì)合金分別提高了22.20%和39.01%,其拉伸斷裂形式由脆性斷裂向脆性和韌性斷裂的混合斷裂模式轉(zhuǎn)變。在515℃×5h固溶+205℃×8h時(shí)效熱處理過(guò)程中,表面能態(tài)較高的珊瑚狀共晶硅球粒化效果良好,合金性能得到進(jìn)一步提高。采用垂直縫隙式澆注系統(tǒng)的鋁活塞鑄件金屬型重力鑄造過(guò)程中,鋁液流動(dòng)平穩(wěn),從下向上逐漸充型。在澆注溫度為740℃和模具預(yù)熱溫度為250℃時(shí),數(shù)值模擬獲得的鑄件凝固時(shí)間為114.1s,活塞部分凝固時(shí)間為66.0s。當(dāng)鑄件最低溫度達(dá)到400℃、開(kāi)模時(shí)間達(dá)到227s,鑄件最大應(yīng)力出現(xiàn)在直澆道底端拐角處,為100.2MPa,同時(shí)活塞上部應(yīng)力較大,為85.9MPa。模擬預(yù)測(cè)活塞銷(xiāo)座上部和頂面背部加強(qiáng)肋兩端存在縮松缺陷,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。同時(shí),活塞宏觀組織評(píng)定等級(jí)為3級(jí),達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過(guò)稀土Er變質(zhì)前后鋁活塞微觀組織的對(duì)比分析,可以看出稀土Er不僅能對(duì)共晶硅產(chǎn)生明顯的變質(zhì)作用,而且能使雜質(zhì)Fe元素的主要存在形式由粗大魚(yú)骨狀A(yù)lFeMnSi相轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小點(diǎn)狀復(fù)雜多元化合物相,降低了Fe元素的有害作用,提高了合金性能和鋁活塞質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：ZL108活塞 稀土Er 變質(zhì) 力學(xué)性能 ProCAST數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG249.3
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 符號(hào)說(shuō)明9-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 制冷壓縮機(jī)鋁活塞材料的發(fā)展概況10-11
• 1.3 共晶鋁硅合金中共晶硅的變質(zhì)機(jī)理和研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.1 共晶鋁硅合金中共晶硅的變質(zhì)機(jī)理11-12
• 1.3.2 共晶硅變質(zhì)劑的發(fā)展概況12
• 1.4 鑄造成形過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展概況12-13
• 1.4.1 鑄造成形過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用12-13
• 1.4.2 鑄件凝固過(guò)程中縮孔縮松的預(yù)測(cè)13
• 1.5 課題研究的來(lái)源、意義及主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 1.5.1 課題研究的來(lái)源和意義13-14
• 1.5.2 課題研究的主要內(nèi)容14
• 1.6 本章小結(jié)14-16
• 第二章 試樣制備及實(shí)驗(yàn)方法16-21
• 2.1 引言16
• 2.2 稀土Er變質(zhì)鋁合金試樣的制備16-18
• 2.2.1 稀土Er變質(zhì)鋁合金的熔煉及澆注方案16-17
• 2.2.2 稀土Er變質(zhì)鋁合金的熱處理方案17-18
• 2.3 稀土Er變質(zhì)鋁合金性能測(cè)試方法18-19
• 2.3.1 拉伸性能測(cè)試18
• 2.3.2 硬度性能測(cè)試18-19
• 2.3.3 摩擦磨損性能測(cè)試19
• 2.4 稀土Er變質(zhì)鋁合金微觀組織及相組成物分析方法19-20
• 2.4.1 金相組織分析19
• 2.4.2 掃描電鏡和能譜分析19-20
• 2.4.3 X射線衍射分析20
• 2.4.4 DTA熱分析20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第三章 稀土Er對(duì)ZL108合金微觀組織及性能的影響21-41
• 3.1 引言21
• 3.2 ZL108合金微觀組織的物相組成21-23
• 3.3 稀土Er對(duì)ZL108合金微觀組織的影響23-28
• 3.3.1 稀土Er對(duì)ZL108合金共晶硅微觀形貌及尺寸的影響23-27
• 3.3.2 稀土Er對(duì)ZL108合金α-Al相二次枝晶臂間距的影響27-28
• 3.4 稀土Er對(duì)ZL108合金性能的影響28-33
• 3.4.1 稀土Er對(duì)ZL108合金拉伸性能的影響28-29
• 3.4.2 稀土Er對(duì)ZL108合金拉伸斷口微觀形貌的影響29-31
• 3.4.3 稀土Er對(duì)ZL108合金硬度的影響31-32
• 3.4.4 稀土Er對(duì)ZL108合金耐磨性的影響32-33
• 3.5 稀土Er對(duì)ZL108合金共晶硅變質(zhì)機(jī)理分析33-38
• 3.5.0 稀土鋁合金共晶硅微觀形貌分析33-34
• 3.5.1 稀土鋁合金DTA熱分析34
• 3.5.2 稀土鋁合金微觀組織中稀土Er分布及物相組成34-38
• 3.5.4 稀土Er對(duì)共晶硅的變質(zhì)機(jī)理分析38
• 3.6 熱處理時(shí)效工藝參數(shù)對(duì)稀土鋁合金性能的影響38-40
• 3.7 本章小結(jié)40-41
• 第四章 稀土Er對(duì)ZL108合金變質(zhì)作用的長(zhǎng)效性與重熔性研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 稀土Er對(duì)ZL108合金變質(zhì)作用的長(zhǎng)效性研究41-47
• 4.2.1 變質(zhì)保溫時(shí)間對(duì)ZL108合金微觀組織的影響41-45
• 4.2.1.1 變質(zhì)保溫時(shí)間對(duì)ZL108合金共晶硅微觀形貌及尺寸的影響41-44
• 4.2.1.2 變質(zhì)保溫時(shí)間對(duì)ZL108合金α-Al相二次枝晶臂間距的影響44-45
• 4.2.2 變質(zhì)保溫時(shí)間對(duì)ZL108合金性能的影響45-47
• 4.2.2.1 變質(zhì)保溫時(shí)間對(duì)ZL108合金拉伸性能的影響45-46
• 4.2.2.2 變質(zhì)保溫時(shí)間對(duì)ZL108合金硬度的影響46
• 4.2.2.3 變質(zhì)保溫時(shí)間對(duì)ZL108合金耐磨性的影響46-47
• 4.3 稀土Er對(duì)ZL108合金變質(zhì)作用的重熔性研究47-52
• 4.3.1 變質(zhì)熔煉次數(shù)對(duì)ZL108合金微觀組織的影響47-50
• 4.3.1.1 變質(zhì)熔煉次數(shù)對(duì)ZL108合金共晶硅微觀形貌及尺寸的影響47-49
• 4.3.1.2 變質(zhì)熔煉次數(shù)對(duì)ZL108合金共晶α-Al相二次枝晶臂間距的影響49-50
• 4.3.2 變質(zhì)熔煉次數(shù)對(duì)ZL108合金性能的影響50-52
• 4.3.2.1 變質(zhì)熔煉次數(shù)對(duì)ZL108合金拉伸性能的影響50-51
• 4.3.2.2 變質(zhì)熔煉次數(shù)對(duì)ZL108合金硬度的影響51-52
• 4.3.2.3 變質(zhì)熔煉次數(shù)對(duì)ZL108合金耐磨性的影響52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第五章 制冷壓縮機(jī)鋁活塞金屬型重力鑄造過(guò)程數(shù)值模擬分析54-71
• 5.1 引言54
• 5.2 制冷壓縮機(jī)鋁活塞工作過(guò)程應(yīng)力分析54-55
• 5.3 鋁活塞金屬型重力鑄造過(guò)程數(shù)值模擬的前處理55-58
• 5.3.1 鋁活塞鑄件及模具三維模型的建立55-56
• 5.3.2 鋁活塞鑄件及模具模型的網(wǎng)格劃分56-57
• 5.3.3 鑄造成形過(guò)程數(shù)值模擬材料屬性及邊界條件的設(shè)置57-58
• 5.4 鋁活塞金屬型重力鑄造過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果分析58-67
• 5.4.1 鑄件充型過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果分析58-60
• 5.4.2 鑄件凝固過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果分析60-63
• 5.4.3 鑄件應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果分析63-65
• 5.4.4 鑄件縮孔縮松缺陷模擬結(jié)果分析65-67
• 5.5 鋁活塞鑄件微觀組織分析67-69
• 5.5.1 共晶組織分析67-69
• 5.5.2 鐵相夾雜物分析69
• 5.6 本章小結(jié)69-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-74
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-81
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81-82
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的專(zhuān)利82-83
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的研究項(xiàng)目83-84

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