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)動機的核心部件，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。有市場競爭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)勢受到廣泛關(guān)注，球鐵曲軸應(yīng)運而生，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。
　　本文通過兩個方面來對高性能球鐵曲軸制備技術(shù)進(jìn)行探究，一是通過對球鐵曲軸的鐵型覆砂鑄造工藝凝固過程

2、的數(shù)值模擬計算來進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)化;二是對球墨鑄鐵熔體進(jìn)行超聲波處理。對凝固過程進(jìn)行數(shù)值模擬能夠可視化的觀察到鑄件的流場和溫度場，便于預(yù)測縮松縮孔等缺陷，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，計算鑄件的流場及溫度場。計算結(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。并對澆注溫度、砂殼厚度兩個工藝參數(shù)進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)1400℃的澆注溫度下，曲軸整體冷卻速度較快，對熱節(jié)的補縮作用不明顯;相同澆注溫度下，砂殼厚度為4mm時，鑄件整體冷卻速度過快，曲軸表面完全凝固時間僅為80s，比砂殼厚度為6mm和8mm時約快50s，說明砂殼太薄，沒有起到鐵型覆砂工藝的作用。
　　通過

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)計并制作實驗室內(nèi)球墨鑄鐵球化及殼型覆砂鑄造裝置。實驗室中研究了在鐵水球化、凝固兩個過程施加超聲處理對試樣顯微組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在球化過程施加2min并在凝固過程施加約18s的超聲時，球鐵中的鐵素體含量僅為2％左右，而未施加超聲處理的約為13％;凝固過程施加超聲18s的試件的力學(xué)性能都略高于未施加超聲處理