灰铸铁发动机缸体铸造工艺优化及其组织结构与性能

发布时间：2017-08-04 19:16

  本文关键词：灰铸铁发动机缸体铸造工艺优化及其组织结构与性能

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【摘要】：灰铸铁是发动机缸体常用材料。本文通过开展铸铁熔炼配料设计、铸件组织结构及力学性能、铸件生产主要类型缺陷的产生原因及其消除措施等研究,优化灰铸铁发动机缸体铸件的生产工艺,改善结构,提高性能及产品质量,降低废品率,为开发薄壁、高强汽车发动机缸体关键零部件制造技术奠定基础。采用显微结构分析与热力学计算相结合,研究某汽车发动机缸体铸件(牌号HT250)中TiN颗粒形态、尺寸及分布特征,探讨TiN颗粒形成与长大机理。因回炉料中TiN的遗传性而形成的TiN颗粒尺寸最大,超过20gm：从铁液中结晶的TiN颗粒尺寸为4-8μm；从过冷奥氏体中析出的TiN颗粒尺寸最小,约为1-2μm。随着Ti含量增大,TiN颗粒数量增多,尺寸增大,虽对灰铸铁硬度影响相对较小,但明显降低灰铸铁的抗拉强度和切削加工性能。TiN结晶取决于铁液中[%Ti]·[%N]溶度积,当[Ti]在0.045%附近([%Ti]·[%N]=2.47×10-4)时,铁液过冷到1368℃即开始结晶TiN。由于TiN与MnS晶体结构相同,点阵常数相近,过冷熔体中TiN多以MnS为基底非自发成核长大,截面形状多为规则的四边形。研究不同废钢添加量对灰铸铁显微组织结构、力学性能及断裂过程的影响。随着废钢添加量的增加,灰铸铁的硬度、强度增大,添加100%废钢的灰铸铁件力学性能最高,同时还具有较好铸造性能和加工性能。这是因为该灰铸铁件中的石墨片细小、弯曲,珠光体细化,为索氏体组织,MnS、TiN等非金属夹杂物数量少,尺寸小,组织结构显著改善。石墨细化、弯曲导致灰铸铁中石墨尖端裂纹扩展阻力增大；珠光体含量高、层片距细化改变了裂纹扩展的类型,增大裂纹扩展阻力。研究合作单位灰铸铁生产中常见缺陷的形成原因。白口倾向主要因铁水长时间高温静置而产生,导致灰铸铁硬度明显增大,加工性能恶化。气孔缺陷主要由砂型中的水分及浇注时卷入气体而形成的,形状较为规整,内壁常有氧化皮和少量的夹杂物,该缺陷常出现在铸件关键部位,使得铸件废品率上升。渣眼(砂眼)缺陷是由铁液中未除尽的浮渣和砂芯毛刺等形成,常出现在铸件的上型面或缸筒的内表面,形状不规整,浮渣成分主要是SiO2和Mn02。针对上述主要缺陷的形成原因,从熔炼、浇注、凝固冷却等多方面提出工艺改进措施,铸件缺陷量大大减小,废品率大幅降低,稳定了铸件生产。
【关键词】：发动机缸体 灰铸铁 TiN 废钢 组织与性能 铸造缺陷
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK405;TG251
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-27
• 1.1 引言16-17
• 1.2 铸铁件17-24
• 1.2.1 灰铸铁18-20
• 1.2.2 高强度灰铸铁20-24
• 1.3 国内外高强灰铸铁研究进展24-25
• 1.4 本论文的研究内容及意义25-27
• 1.4.1 研究内容25
• 1.4.2 研究意义25-27
• 第二章 实验材料及方法27-34
• 2.1 灰铸铁的生产27-29
• 2.2 灰铸铁显微组织的观察和分析29-30
• 2.2.1 金相观察29-30
• 2.2.2 扫描电镜观察及能谱分析30
• 2.2.3 物相分析30
• 2.3 灰铸铁性能测试30-33
• 2.3.1 硬度测试30-32
• 2.3.2 抗拉强度测试32-33
• 2.4 主要实验设备及仪器33-34
• 第三章 灰铸铁中TiN对其组织及性能的影响34-46
• 3.1 灰铸铁中TiN的来源及显微结构34-37
• 3.2 TiN对灰铸铁性能的影响37-38
• 3.3 灰铸铁中TiN形成的热力学38-41
• 3.4 灰铸铁中TiN晶体生长机理41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 添加废钢对灰铸铁组织及性能的影响46-56
• 4.1 铁液质量的控制46-47
• 4.2 不同废钢添加量的灰铸铁显微组织结构47-50
• 4.3 不同废钢添加量的灰铸铁的力学性能50
• 4.4 不同废钢添加量的灰铸铁综合性能50-51
• 4.5 添加废钢的灰铸铁断口形貌与断裂机理51-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 灰铸铁中常见缺陷的形成与消除56-65
• 5.1 白口倾向56-59
• 5.2 气孔59-61
• 5.3 渣眼61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 全文总结65-67
• 6.1 结论65
• 6.2 创新点65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间的研究成果72

【参考文献】

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本文编号：621241