铝合金轮毂模具失效分析与激光成型再制造研究

发布时间：2017-08-03 11:09

  本文关键词：铝合金轮毂模具失效分析与激光成型再制造研究

  更多相关文章： 轮毂模具 失效形式 激光熔覆 力学性能 组织分析 裂纹

【摘要】：随着经济水平与生活质量的提高,人们开始越发的关注环境污染、生态破坏等问题;针对汽车使用量的逐年增加,人们开始试图从减轻汽车自重的角度达到节能方式目的,其中减轻轮毂重量便是其一。铝合金轮毂由于具有美观、耐腐蚀强、加工性好、重量轻、比强度高、散热好、节能等优点,能够满足汽车轻量化的基本要求,可代替钢板成为汽车轮毂选材的首选。由于H13钢具有高的淬透性、高的韧性、较好的耐磨损与抗热裂能力,较好的可加工性和良好的抗脱碳能力,被广泛的应用于铝合金压铸模具中;但是,由于铝合金压铸模具恶劣的工作环境,会导致模具产生各种形式的失效,其中,热疲劳开裂、热熔损、冲蚀、粘结、断裂、模具的型腔变形等失效形式。本文应用激光熔覆再制造方法,将再制造理论与实验相结合,分析铝合金轮毂模具的实际应用环境,铝合金压铸特点,主要失效形式,较系统的分析了热疲劳裂纹的裂纹萌发与扩展阶段、热熔损失效主要失效部位、进行了粘结强度测试等,并对其主要失效形式机理进行了分析说明。针对试验材料H13钢,对其进行了显微组织与力学性能研究,分析评价了其退火态组织中带状偏析及其晶间合金碳化物的组成与分布规律,并对其进行了等级评价。研究了不同热处理工艺后H13钢组织中残留碳化物含量、形貌、分布差异。根据铝合金轮毂模具实际应用环境,主要失效形式,以及H13自身的物理性能,进而确定最佳的激光熔覆工艺路线与适宜的合金粉末。熔覆材料选择Stellite12高温合金,以H13钢为基板分别进行单层激光熔覆到多层激光熔覆,并对比分析其组织形貌与力学性能,系统的研究了熔覆层裂纹萌生与扩展方式,分析其开裂机理。同时,研究了基板与熔覆层界面的显微组织,熔覆层组织随温度上升的变化趋势,及其熔覆层的强化机制。激光熔覆Co基合金的显微组织由大量白色的γ-Co枝晶?晶间共晶组织与弥散分布着二次析出相组成?由于熔覆层中分布着高硬度?高熔点的硬质强化相和细晶强化的作用,其硬度值显著提高?
【关键词】：轮毂模具 失效形式 激光熔覆 力学性能 组织分析 裂纹
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG241
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-36
• 1.1 引言11
• 1.2 铝合金压铸模具研究现状11-16
• 1.2.1 铝合金压铸模具的特点11-13
• 1.2.2 铝合金压铸模具的损伤13-16
• 1.3 典型的铝合金压铸模具材料16-25
• 1.3.1 H13热作模具钢简介16-17
• 1.3.2 H13热作模具钢的组织研究17-19
• 1.3.3 H13热作模具钢的力学性能分析19-20
• 1.3.4 锻造对H13热作模具钢的影响20-23
• 1.3.5 热处理对H13热作模具钢的影响23-25
• 1.4 H13钢的表面强化处理技术25-34
• 1.4.1 已有的H13钢表面处理技术25-26
• 1.4.2 H13钢激光表面熔覆和重熔技术26-34
• 1.5 本文主要内容及课题意义34-36
• 1.5.1 课题意义34-35
• 1.5.2 本文主要内容35-36
• 第2章 实验材料与实验方法36-42
• 2.1 实验材料36-37
• 2.1.1 实验模具样品来源36
• 2.1.2 试验样品成分36
• 2.1.3 熔覆材料36-37
• 2.2 实验方法与实验设备37-39
• 2.2.1 激光熔覆实验37-38
• 2.2.2 组织分析38
• 2.2.3 EDS与XRD分析38-39
• 2.3 力学性能实验39-40
• 2.3.1 拉伸试样39
• 2.3.2 拉伸试验仪器39-40
• 2.4 硬度测试40-42
• 2.4.1 韦氏硬度测试40
• 2.4.2 纳米压痕测量系统40-42
• 第3章 铝合金轮毂压铸成形底模失效分析42-54
• 3.1 铝合金轮毂简介42
• 3.2 铝合金轮毂压铸过程42-44
• 3.3 铝合金压铸模具特点44-45
• 3.4 铝合金压铸模具内铝液的流动分析45-46
• 3.5 铝合金压铸模具的裂纹分析46-49
• 3.6 铝合金压铸模具的粘结分析49-52
• 3.7 本章小结52-54
• 第4章 H13钢的组织和力学性能研究54-68
• 4.1 引言54
• 4.2 H13钢基本的物理性能参数54-55
• 4.3 退火态H13钢组织性能研究及评价55-60
• 4.3.1 退火态带状组织分析55-56
• 4.3.2 等级评价56-57
• 4.3.3 退火态H13钢组织碳化物分析57-58
• 4.3.4 加热温度对退火态组织的影响58-60
• 4.4 退火态H13钢拉伸性能研究60-64
• 4.4.1 拉伸试验简介60
• 4.4.2 拉伸试样60-61
• 4.4.3 伸长率、截面收缩率61-62
• 4.4.4 拉伸曲线62-64
• 4.5 显微硬度测量64-67
• 4.5.1 韦氏硬度测量64
• 4.5.2 纳米压痕测量结果64-67
• 4.6 结论67-68
• 第5章 铝合金轮毂压铸底模激光增材强化工艺68-83
• 5.1 激光增材技术简介68-70
• 5.1.1 激光增材技术原理和特点68-69
• 5.1.2 沉积层添加材料类型69
• 5.1.3 沉积过程中添加材料方式69-70
• 5.2 激光增材Co基合金显微组织及性能70-77
• 5.2.1 金相显微镜下的显微组织观察70-74
• 5.2.2 高温显微镜下的显微组织演化过程74-77
• 5.3 激光增材强化铝合金轮毂底模工艺77-81
• 5.3.1 激光增材强化铝合金轮毂底模工艺方案77-79
• 5.3.2 激光增材强化铝合金轮毂底模的使用试验79-80
• 5.3.3 激光增材强化铝合金轮毂底模试验结果分析80-81
• 5.4 本章小结81-83
• 结论83-85
• 参考文献85-90
• 致谢90

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马琳;原津萍;张平;赵军军;;多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟[J];焊接学报;2007年07期

2 陈列;谢沛霖;;齿面激光熔覆中的防边缘塌陷工艺研究[J];激光技术;2007年05期

3 孙会来;赵方方;林树忠;齐向阳;;激光熔覆研究现状与发展趋势[J];激光杂志;2008年01期

4 陈志坤;刘敏;曾德长;马文有;;激光熔覆裂纹的产生原因及消除方法探究[J];激光杂志;2009年01期

5 郑晖;韩志仁;陈江;王国栋;;采用激光熔覆方法校轴的试验研究[J];东北大学学报(自然科学版);2010年12期

6 朱晨光;孙耀宁;于青;;激光熔覆温度场的数值模拟研究进展[J];热加工工艺;2012年08期

7 周思华;郭艳花;晁明举;刘奎立;;金属表面激光熔覆处理技术的研究[J];周口师范学院学报;2013年05期

8 郭伟,徐庆鸿,田锡唐;激光熔覆的研究发展状况[J];宇航材料工艺;1998年01期

9 郭伟,徐庆鸿,田锡唐;激光熔覆的研究发展状况[J];宇航材料工艺;1998年02期

10 李必文,石世宏,王新林;激光熔覆化工阀门的实验与质量控制[J];热加工工艺;2000年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邓琦林;谢安宁;周广才;;激光熔覆修复技术的基础试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

2 邓琦林;谢安宁;周广才;;激光熔覆修复技术的基础试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

3 邓琦林;谢安宁;周广才;;激光熔覆修复技术的基础试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

4 张万红;方亮;赵刚;;液相分散沉降法制备激光熔覆预涂涂层的研究[A];第五届全国表面工程学术会议论文集[C];2004年

5 陈畅源;邓琦林;葛志军;;激光熔覆中的应力研究[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年

6 邓琦林;;舰船关键零件的激光熔覆修复[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年

7 王明娣;刘秀波;郭开波;宋成法;傅戈雁;石世宏;;激光熔覆成形件的应力分析与裂纹控制[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年

8 王永峰;田欣利;薛春芳;;送粉式激光熔覆能量利用率的分析模型[A];第十届全国特种加工学术会议论文集[C];2003年

9 黄延禄;杨永强;;双方程边界耦合法激光熔覆传质过程数值模拟[A];中西南十省区（市）焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

10 刘继常;;激光熔覆工艺理论与试验研究[A];第15届全国特种加工学术会议论文集（下）[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 翟扬;激光熔覆硼、钛材料市场海阔天空[N];中国有色金属报;2003年

2 汤兆宏;激光熔覆专利技术修复绥中电厂80万千瓦汽轮机围带铆钉损伤[N];中国电力报;2008年

3 记者 赵静;激光熔覆术成功再造煤矿机械[N];中国煤炭报;2013年

4 本报记者 汤兆宏;成功修复宝钢自备电厂35万千瓦汽轮机缸体[N];中国电力报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵彦华;KMN钢压缩机叶片激光熔覆修复及后续加工特性研究[D];山东大学;2015年

2 闫晓玲;激光熔覆再制造零件超声检测数值模拟与实验研究[D];北京理工大学;2015年

3 熊征;激光熔覆强化和修复薄壁型零部件关键技术基础研究[D];华中科技大学;2009年

4 黄凤晓;激光熔覆和熔覆成形镍基合金的组织与性能研究[D];吉林大学;2011年

5 张庆茂;送粉激光熔覆应用基础理论的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年

6 张三川;送粉激光熔覆陶瓷掺杂复合涂层技术及涂层成形机理研究[D];郑州大学;2002年

7 李明喜;钴基合金及其纳米复合材料激光熔覆涂层研究[D];东南大学;2004年

8 郑敏;钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层及其生物活性研究[D];兰州理工大学;2008年

9 王明娣;基于光内送粉的激光熔覆快速制造机理与工艺研究[D];南京航空航天大学;2008年

10 李嘉宁;钛合金激光熔覆Ti-Al/陶瓷复合涂层组织结构与耐磨性的研究[D];山东大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 许波;面向绿色再制造的单道激光熔覆几何特征的研究[D];南京航空航天大学;2011年

2 卢云龙;激光熔覆硅化物三元合金涂层的组织与性能研究[D];上海工程技术大学;2015年

3 付志凯;轮轨材料激光溶覆Fe基合金涂层的微观组织与磨损性能研究[D];西南交通大学;2015年

4 李培源;钢材表面非晶化工艺与性能研究[D];南京理工大学;2015年

5 杭小琳;激光铣削对激光熔覆成形件的整形机理和试验研究[D];苏州大学;2015年

6 梁斌;基于大功率半导体激光熔覆的环模再制造研究[D];燕山大学;2015年

7 相占凤;添加固体润滑剂hBN的钛合金激光熔覆高温耐磨复合涂层研究[D];苏州大学;2015年

8 邓居军;磁化—激光熔覆复合技术强化与修复零部件表面性能的研究[D];江西理工大学;2015年

9 艾铭杰;Cr12MoV模具钢表面激光熔覆层组织及性能研究[D];山东大学;2015年

10 赵文雨;2Cr12MoV表面激光熔覆Stellite 6涂层的组织及性能研究[D];上海交通大学;2015年

，

本文编号：614041