本文關(guān)鍵詞：21-4N空心氣門楔橫軋成形與微觀組織演變規(guī)律研究

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【摘要】：氣門是控制發(fā)動機進(jìn)排氣的重要零件。氣門的質(zhì)量直接關(guān)系到發(fā)動機的油耗、壽命等重要工作性能,是影響發(fā)動機可靠性、安全性的關(guān)鍵零部件之一�？招臍忾T具有減重、降溫、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點,是當(dāng)今氣門的發(fā)展趨勢。目前空心氣門制坯方法主要有實心氣門鉆孔法和反擠壓法,都存在生產(chǎn)效率低,成本高等缺點,制造的氣門容易出現(xiàn)粗晶混晶問題;本課題提出楔橫軋成形空心氣門新工藝,具有效率高、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。通過Gleeble-1500D熱模擬實驗機分析了耐熱鋼21-4N在不同應(yīng)變速率和不同溫度下單向壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線;研究了不同溫度、不同應(yīng)變速率和不同變形量對21-4N單向壓縮時晶粒細(xì)化的影響規(guī)律;通過高溫加熱爐研究了不同加熱溫度和保溫時間對奧氏體晶粒長大的影響規(guī)律;采用OA、SEM和EBSD等實驗平臺對單向壓縮后的試件微觀組織形貌進(jìn)行觀察分析,揭示21-4N耐熱鋼微觀組織演變機理�；谖诲e理論利用內(nèi)變量方法建立耦合微觀組織的統(tǒng)一本構(gòu)模型,使用MATLAB遺傳算法結(jié)合熱模擬實驗數(shù)據(jù)求解得到微觀組織模型參數(shù);對比分析實驗數(shù)據(jù)與微觀組織模型的預(yù)測結(jié)果,表明微觀組織模型能夠準(zhǔn)確地表達(dá)21-4N耐熱鋼在單向壓縮變形時的粘塑性流動特征和微觀組織演變規(guī)律。使用Deform-3D模擬不同工藝參數(shù)下楔橫軋成形過程,分析成形角、展寬角、坯料相對壁厚及溫度等參數(shù)對軋件不圓度的影響規(guī)律;揭示軋件內(nèi)壁楔入位置擴孔的產(chǎn)生原因,提出變展寬角設(shè)計楔橫軋模具的方法解決內(nèi)孔擴孔問題;為改善21-4N空心氣門的壁厚均勻性,用帶芯棒軋制的方法控制軋制過程,提出臨界芯棒直徑的概念,發(fā)現(xiàn)以臨界直徑的芯棒軋制21-4N空心氣門時,空心氣門的壁厚尺寸最優(yōu)。分析了帶芯棒軋制時芯棒對軋件壁厚分布的影響規(guī)律,揭示芯棒在軋制過程中對空心軋件的作用機理�；跓�-力-組織的統(tǒng)一粘塑性本構(gòu)模型,采用Deform-3D模擬不同楔橫軋工藝參數(shù)下空心氣門制坯成形的微觀組織演變,揭示了軋制溫度和軋輥轉(zhuǎn)速對21-4N耐熱鋼微觀組織演變的影響規(guī)律,為優(yōu)化工藝參數(shù)、預(yù)測成形氣門的組織和性能提供了理論依據(jù)。通過楔橫軋制坯實驗,得出較優(yōu)軋制工藝參數(shù),實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相符,有限元模型可信度高。當(dāng)加熱溫度為1060。C、坯料外徑18mm、壁厚4mm、成形角35°、楔尖至展寬40mm處展寬角5°、展寬40mm處至展寬段結(jié)束展寬角4°,模具斜楔頂面脫空0.1 mm時,可得到滿足尺寸需求和組織性能要求的空心氣門預(yù)制坯。本文對21-4N空心氣門楔橫軋成形以及微觀組織進(jìn)行研究,為新工藝的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。楔橫軋成形的空心氣門在某公司進(jìn)行了實驗,結(jié)論是楔橫軋成形的空心氣門滿足了實驗的要求,達(dá)到了使用標(biāo)準(zhǔn)。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK406;TG335

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本文編號：1269738