發(fā)布時間：2017-09-08 03:24

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

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

【摘要】：活塞是往復活塞式制冷壓縮機的關(guān)鍵零件,對系統(tǒng)的運行性能、振動和噪聲等有著重要的影響。ZL108合金具有密度小、比強度高、熱膨脹率低和熱傳導率高等優(yōu)點,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,對合金性能產(chǎn)生不利影響。本文采用拉伸性能測試、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ZL108合金共晶硅的變質(zhì)作用和機理,同時采用ProCAST軟件對鋁活塞金屬型重力鑄造成形過程進行了數(shù)值模擬,預測并實驗驗證了活塞鑄件縮松缺陷情況。稀土Er主要通過雜質(zhì)誘發(fā)孿晶機制對共晶硅產(chǎn)生明顯的變質(zhì)作用,具有良好的變質(zhì)長效性和重熔性。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。當稀土Er加入量超過0.6%時,部分稀土Er以點狀AlSiEr相和針狀AlSiCuEr相存在,針狀AlSiCuEr相對合金基體產(chǎn)生切割作用,對合金性能產(chǎn)生不利影響。當稀土Er含量為最佳加入量0.6%時,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),其平均長度和長寬比分別為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)抗拉強度和斷后伸長率分別為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時效熱處理過程中,表面能態(tài)較高的珊瑚狀共晶硅球�；Ч己�,合金性能得到進一步提高。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程中,鋁液流動平穩(wěn),從下向上逐漸充型。在澆注溫度為740℃和模具預熱溫度為250℃時,數(shù)值模擬獲得的鑄件凝固時間為114.1s,活塞部分凝固時間為66.0s。當鑄件最低溫度達到400℃、開模時間達到227s,鑄件最大應力出現(xiàn)在直澆道底端拐角處,為100.2MPa,同時活塞上部應力較大,為85.9MPa。模擬預測活塞銷座上部和頂面背部加強肋兩端存在縮松缺陷,模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相符合。同時,活塞宏觀組織評定等級為3級,達到相關(guān)標準的要求。通過稀土Er變質(zhì)前后鋁活塞微觀組織的對比分析,可以看出稀土Er不僅能對共晶硅產(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骨狀AlFeMnSi相轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿↑c狀復雜多元化合物相,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) 力學性能 ProCAST數(shù)值模擬
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG249.3
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 符號說明9-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 制冷壓縮機鋁活塞材料的發(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 鑄造成形過程數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展和應用12-13
• 1.4.2 鑄件凝固過程中縮孔縮松的預測13
• 1.5 課題研究的來源、意義及主要研究內(nèi)容13-14
• 1.5.1 課題研究的來源和意義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 試樣制備及實驗方法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)鋁合金性能測試方法18-19
• 2.3.1 拉伸性能測試18
• 2.3.2 硬度性能測試18-19
• 2.3.3 摩擦磨損性能測試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ZL108合金微觀組織的影響23-28
• 3.3.1 稀土Er對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ZL108合金α-Al相二次枝晶臂間距的影響27-28
• 3.4 稀土Er對ZL108合金性能的影響28-33
• 3.4.1 稀土Er對ZL108合金拉伸性能的影響28-29
• 3.4.2 稀土Er對ZL108合金拉伸斷口微觀形貌的影響29-31
• 3.4.3 稀土Er對ZL108合金硬度的影響31-32
• 3.4.4 稀土Er對ZL108合金耐磨性的影響32-33
• 3.5 稀土Er對ZL108合金共晶硅變質(zhì)機理分析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對共晶硅的變質(zhì)機理分析38
• 3.6 熱處理時效工藝參數(shù)對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ZL108合金變質(zhì)作用的長效性與重熔性研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 稀土Er對ZL108合金變質(zhì)作用的長效性研究41-47
• 4.2.1 變質(zhì)保溫時間對ZL108合金微觀組織的影響41-45
• 4.2.1.1 變質(zhì)保溫時間對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)保溫時間對ZL108合金α-Al相二次枝晶臂間距的影響44-45
• 4.2.2 變質(zhì)保溫時間對ZL108合金性能的影響45-47
• 4.2.2.1 變質(zhì)保溫時間對ZL108合金拉伸性能的影響45-46
• 4.2.2.2 變質(zhì)保溫時間對ZL108合金硬度的影響46
• 4.2.2.3 變質(zhì)保溫時間對ZL108合金耐磨性的影響46-47
• 4.3 稀土Er對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ZL108合金性能的影響50-52
• 4.3.2.1 變質(zhì)熔煉次數(shù)對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ZL108合金硬度的影響51-52
• 4.3.2.3 變質(zhì)熔煉次數(shù)對ZL108合金耐磨性的影響52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第五章 制冷壓縮機鋁活塞金屬型重力鑄造過程數(shù)值模擬分析54-71
• 5.1 引言54
• 5.2 制冷壓縮機鋁活塞工作過程應力分析54-55
• 5.3 鋁活塞金屬型重力鑄造過程數(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 鑄造成形過程數(shù)值模擬材料屬性及邊界條件的設置57-58
• 5.4 鋁活塞金屬型重力鑄造過程數(shù)值模擬結(jié)果分析58-67
• 5.4.1 鑄件充型過程數(shù)值模擬結(jié)果分析58-60
• 5.4.2 鑄件凝固過程數(shù)值模擬結(jié)果分析60-63
• 5.4.3 鑄件應力場數(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74-80
• 致謝80-81
• 作者在攻讀碩士學位期間公開發(fā)表的學術(shù)論文81-82
• 作者在攻讀碩士學位期間獲得的專利82-83
• 作者在攻讀碩士學位期間參加的研究項目83-84

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