球墨鑄鐵曲軸超聲處理及鑄造工藝優(yōu)化.pdf

1、曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，隨著近幾年汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，曲軸的需求及產(chǎn)量也相應(yīng)增高。有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的曲軸要求其力學(xué)性能穩(wěn)定、耐磨減震性能佳，具有較高的性價(jià)比。球墨鑄鐵具有區(qū)別于一般鑄鐵及鍛鋼的微觀組織，以其制造和性能上的優(yōu)勢(shì)受到廣泛關(guān)注，球鐵曲軸應(yīng)運(yùn)而生，且在曲軸制造中比例日益增大，因此高性能球鐵曲軸制備技術(shù)的研究與應(yīng)用具有重要意義。
　　本文通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)對(duì)高性能球鐵曲軸制備技術(shù)進(jìn)行探究，一是通過(guò)對(duì)球鐵曲軸的鐵型覆砂鑄造工藝凝固過(guò)程

2、的數(shù)值模擬計(jì)算來(lái)進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)化;二是對(duì)球墨鑄鐵熔體進(jìn)行超聲波處理。對(duì)凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬能夠可視化的觀察到鑄件的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，便于預(yù)測(cè)縮松縮孔等缺陷，縮短試制周期;熔體超聲處理利用超聲波的聲空化、聲流效應(yīng)，在凝固過(guò)程破碎枝晶，增加形核率，細(xì)化球鐵組織，從而提高力學(xué)性能。
　　對(duì)鐵型、砂殼及鑄件進(jìn)行建模，砂殼厚度為8mm，鑄件由澆注系統(tǒng)和四支曲軸組成。在1420℃的澆注條件下，計(jì)算鑄件的流場(chǎng)及溫度場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果表明，該條件下，完全充

3、型需要13s，鑄件表面溫度降到600℃時(shí)需要800s，在曲拐彎角及軸中心部位冷卻速度最慢，為熱節(jié)位置，凝固后易產(chǎn)生縮松縮孔缺陷。并對(duì)澆注溫度、砂殼厚度兩個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)1400℃的澆注溫度下，曲軸整體冷卻速度較快，對(duì)熱節(jié)的補(bǔ)縮作用不明顯;相同澆注溫度下，砂殼厚度為4mm時(shí)，鑄件整體冷卻速度過(guò)快，曲軸表面完全凝固時(shí)間僅為80s，比砂殼厚度為6mm和8mm時(shí)約快50s，說(shuō)明砂殼太薄，沒(méi)有起到鐵型覆砂工藝的作用。
　　通過(guò)

4、水模擬分析石墨、鈦合金、不銹鋼等不同材質(zhì)、尺寸的探頭對(duì)超聲導(dǎo)入鐵水的能效差異，以確定適合球墨鑄鐵熔體超聲處理的工具頭材料;設(shè)計(jì)并制作實(shí)驗(yàn)室內(nèi)球墨鑄鐵球化及殼型覆砂鑄造裝置。實(shí)驗(yàn)室中研究了在鐵水球化、凝固兩個(gè)過(guò)程施加超聲處理對(duì)試樣顯微組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在球化過(guò)程施加2min并在凝固過(guò)程施加約18s的超聲時(shí)，球鐵中的鐵素體含量?jī)H為2％左右，而未施加超聲處理的約為13％;凝固過(guò)程施加超聲18s的試件的力學(xué)性能都略高于未施加超聲處理