重载发动机缸盖再制造成型中气孔裂纹的仿真研究
发布时间：2022-02-08 22:50
再制造技术是将废旧产品中不能使用的零部件通过先进的表面技术,在损伤表面制备熔覆层,使其质量达到或超过原有性能。目前应用于大马力、大扭矩重载车辆中的重载发动机缸盖,常出现裂纹导致无法使用,人们一般直接报废处理。但采用再制造技术修复这些废旧缸盖后,可使其继续服役,极大地延长了缸盖的使用寿命,发挥其最大的工程应用价值。重载发动机缸盖材料为灰铸铁,含碳量高,再制造熔覆时极易产生气孔和裂纹等质量问题,现已成为研究的热点。近年来人们主要通过再制造修复工艺的优化调控来减少气孔和裂纹的产生,如对基体进行预热处理;使用不同粒径的粉末或在粉末中添加不同类型的元素;在熔覆时添加一些辅助性措施等。通过这些研究,虽已取得了大量的研究成果应用于工程实际,但再制造效果仍然差强人意。为了尽量减少气孔、裂纹的产生,需揭示气孔、裂纹的产生过程和生成机理,了解熔池温度和基体预热对气孔、裂纹产生的影响,从而为灰铸铁等离子熔覆提供理论依据,以期解决缸盖再制造的质量问题。为此,本文针对等离子熔覆重载发动机缸盖出现的气孔、裂纹的问题,首先在研究工作电流、扫描速度和喷嘴距离对熔覆层质量影响的基础上,分析熔覆层内的气孔和裂纹。然后采用...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．６用于孔隙率评估的接触粒子模型的示意图
?沈阳工业大学硕士学位论文???（ｄ）?１．９?ｋＷ??图１．８不同激光功率的粘合界面的形态??Ｆｉｇ．?１．８?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｏｎｄｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌａｓｅｒ?ｐｏｗｅｒ??改变熔覆设备的参数会直接影响粉末的融化效率和熔覆层的形状，但对基体??的预热也会间接地影响熔覆层的质量［６７］。闫世兴等人采用Ｃ〇２激光器在ＨＴ２５０??基体上分别以不同预热温度制备ＮｉＣｕＦｅＢＳｉ合金熔覆层，发现基体温度３０°Ｃ时??熔覆层白口组织沿界面呈连续带状分布。而基体预热温度达到５００°Ｃ时熔覆层白??口组织则呈现断续状分布。可见提高基体预热温度可以避免连续白口组织的出现，??有利于降低界面裂纹率。除了对基体进行直接加热还要很多种方法可以到达预热??的效果Ｈｕａｎｇ通过激光感应复合熔覆防止Ｎｉ基熔覆层开裂。随着感应能量??密度的增加拉应力和裂纹率明显降低，如图１．９所示。激光感应复合熔覆可以在??热影响区消除马氏体［６９］。Ｙｉ设计了动态局部自预热方法，即用低功率的激光先??对基体的局部进行预热处理，之后再进行激光熔覆。通过对基体进行动态局部自??预热有助于降低瞬态热应力和残余应力，使熔覆层的微观结构更精细和均匀。自??预热样品在熔合区域显示出更强的结合能力，并且在熔覆过程中产生更少的裂纹。??动态局部自预热与基体预热相比更方便、灵活，局部预热减少了热量作用的面积，??因此可对大型零件进行预热处理［７Ｑ］。??．？＇?■?＂？?＂ｊｉ?；?Ｔ＂?＇?ｒ???０（Ｂ＇?＊１?ＰＬ？３？级Ｗ．?Ｖ庐?．??０?０８－?＼?－??Ｉ
第２章试验材料及试验方案??２．１试验材料与设备??２．?１．?１基体材料??重载发动机缸盖的材料一般选用灰铸铁和球墨铸铁，但多由灰铸铁铸造而成。??常用的ＨＴ２５０具有良好的耐磨性、耐热性、减振性，且铸造性能优异。本试验??采用的基体材料为ＨＴ２５０，为保证试验的准确性ＨＴ２５０使用废旧缸盖上切割??１００ｍｍ＊５０ｍｍ＊１５ｍｍ的长方体试块。基体的化学成分如表２．１所示。抛光后未腐??蚀的金相图片如图２．１所示。??表２．１?ＨＴ２５０的化学成分（质量分数％）??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ＨＴ２５０（Ｑｕａｌｉｔｙ?ｓｃｏｒｅ％）??１?ｃ?ｓ?ｐ?Ｍｎ?ｓｉ?Ｂ?Ｃｒ?Ｆｅ?Ｎｉ￣??ＨＴ２５０?３．３？３．５?０．０９？０．１２?０．１２?？０．１７?０．７?？０．９?１．８－２．１?－?－?Ｂａｌ．?－??ｕｍｐｉ??图２．１拋光后未腐蚀ＨＴ２５０的金相照片??Ｆｉｇ．２．１?Ｎｏ?ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ａｆｔｅｒ?ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ?ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ?ｐｈｏｔｏ?ｏｆ?ＨＴ２５０??２．?１．２粉末材料??本课题中的熔覆粉末材料为北京矿冶研究总院生产的Ｎｉ６０合金粉末。镍基??合金粉末是市面上用量较广的一种自熔性合金粉末，Ｎｉ６０合金粉末具有优良的??耐腐蚀性、抗氧化性、耐热性、耐低应力磨粒磨损和良好的冲击韧性。粉末的熔??点较低，熔化温度为％〇°Ｃ？１０４０°Ｃ。且固液相温度区间宽，对多种基体和ＷＣ颗??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高镍球铁同质电焊条焊缝组织形成规律[J]. 徐锦锋,张文莉. 焊接学报. 2019(06)
[2]电磁复合场对Ni60合金凝固过程中显微组织和裂纹的影响[J]. 林英华,袁莹,王梁,胡勇,张群莉,姚建华. 金属学报. 2018(10)
[3]分级轴的焊接缺陷防治措施[J]. 王彦一. 本钢技术. 2015 (Z1)
[4]激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟[J]. 李美艳,韩彬,蔡春波,王勇,宋立新. 焊接学报. 2015(05)
[5]预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,任维彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[6]AlN陶瓷表面单道激光熔覆铜应力应变数值分析[J]. 周利,赵洪运,舒凤远,冯吉才. 焊接学报. 2014(09)
[7]手工电弧焊中焊缝裂纹产生原因及预防措施[J]. 赵予州. 科技创新与应用. 2014(16)
[8]铸铁件激光再制造技术及其应用[J]. 冯荣元. 南方金属. 2013(01)
[9]焊接过程有限元分析[J]. 高耀东,何建霞,乔云芳. 北京大学学报(自然科学版). 2010(06)
[10]激光再制造技术及其应用[J]. 王致坚,翟海波,刘宇,孙少妮. 激光杂志. 2010(05)
硕士论文
[1]高锰钢上等离子熔覆镍基合金数值模拟与组织性能分析[D]. 刘岗.广东工业大学 2016
本文编号：3615899
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．６用于孔隙率评估的接触粒子模型的示意图
?沈阳工业大学硕士学位论文???（ｄ）?１．９?ｋＷ??图１．８不同激光功率的粘合界面的形态??Ｆｉｇ．?１．８?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｏｎｄｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌａｓｅｒ?ｐｏｗｅｒ??改变熔覆设备的参数会直接影响粉末的融化效率和熔覆层的形状，但对基体??的预热也会间接地影响熔覆层的质量［６７］。闫世兴等人采用Ｃ〇２激光器在ＨＴ２５０??基体上分别以不同预热温度制备ＮｉＣｕＦｅＢＳｉ合金熔覆层，发现基体温度３０°Ｃ时??熔覆层白口组织沿界面呈连续带状分布。而基体预热温度达到５００°Ｃ时熔覆层白??口组织则呈现断续状分布。可见提高基体预热温度可以避免连续白口组织的出现，??有利于降低界面裂纹率。除了对基体进行直接加热还要很多种方法可以到达预热??的效果Ｈｕａｎｇ通过激光感应复合熔覆防止Ｎｉ基熔覆层开裂。随着感应能量??密度的增加拉应力和裂纹率明显降低，如图１．９所示。激光感应复合熔覆可以在??热影响区消除马氏体［６９］。Ｙｉ设计了动态局部自预热方法，即用低功率的激光先??对基体的局部进行预热处理，之后再进行激光熔覆。通过对基体进行动态局部自??预热有助于降低瞬态热应力和残余应力，使熔覆层的微观结构更精细和均匀。自??预热样品在熔合区域显示出更强的结合能力，并且在熔覆过程中产生更少的裂纹。??动态局部自预热与基体预热相比更方便、灵活，局部预热减少了热量作用的面积，??因此可对大型零件进行预热处理［７Ｑ］。??．？＇?■?＂？?＂ｊｉ?；?Ｔ＂?＇?ｒ???０（Ｂ＇?＊１?ＰＬ？３？级Ｗ．?Ｖ庐?．??０?０８－?＼?－??Ｉ
第２章试验材料及试验方案??２．１试验材料与设备??２．?１．?１基体材料??重载发动机缸盖的材料一般选用灰铸铁和球墨铸铁，但多由灰铸铁铸造而成。??常用的ＨＴ２５０具有良好的耐磨性、耐热性、减振性，且铸造性能优异。本试验??采用的基体材料为ＨＴ２５０，为保证试验的准确性ＨＴ２５０使用废旧缸盖上切割??１００ｍｍ＊５０ｍｍ＊１５ｍｍ的长方体试块。基体的化学成分如表２．１所示。抛光后未腐??蚀的金相图片如图２．１所示。??表２．１?ＨＴ２５０的化学成分（质量分数％）??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ＨＴ２５０（Ｑｕａｌｉｔｙ?ｓｃｏｒｅ％）??１?ｃ?ｓ?ｐ?Ｍｎ?ｓｉ?Ｂ?Ｃｒ?Ｆｅ?Ｎｉ￣??ＨＴ２５０?３．３？３．５?０．０９？０．１２?０．１２?？０．１７?０．７?？０．９?１．８－２．１?－?－?Ｂａｌ．?－??ｕｍｐｉ??图２．１拋光后未腐蚀ＨＴ２５０的金相照片??Ｆｉｇ．２．１?Ｎｏ?ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ａｆｔｅｒ?ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ?ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ?ｐｈｏｔｏ?ｏｆ?ＨＴ２５０??２．?１．２粉末材料??本课题中的熔覆粉末材料为北京矿冶研究总院生产的Ｎｉ６０合金粉末。镍基??合金粉末是市面上用量较广的一种自熔性合金粉末，Ｎｉ６０合金粉末具有优良的??耐腐蚀性、抗氧化性、耐热性、耐低应力磨粒磨损和良好的冲击韧性。粉末的熔??点较低，熔化温度为％〇°Ｃ？１０４０°Ｃ。且固液相温度区间宽，对多种基体和ＷＣ颗??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高镍球铁同质电焊条焊缝组织形成规律[J]. 徐锦锋,张文莉. 焊接学报. 2019(06)
[2]电磁复合场对Ni60合金凝固过程中显微组织和裂纹的影响[J]. 林英华,袁莹,王梁,胡勇,张群莉,姚建华. 金属学报. 2018(10)
[3]分级轴的焊接缺陷防治措施[J]. 王彦一. 本钢技术. 2015 (Z1)
[4]激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟[J]. 李美艳,韩彬,蔡春波,王勇,宋立新. 焊接学报. 2015(05)
[5]预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,任维彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[6]AlN陶瓷表面单道激光熔覆铜应力应变数值分析[J]. 周利,赵洪运,舒凤远,冯吉才. 焊接学报. 2014(09)
[7]手工电弧焊中焊缝裂纹产生原因及预防措施[J]. 赵予州. 科技创新与应用. 2014(16)
[8]铸铁件激光再制造技术及其应用[J]. 冯荣元. 南方金属. 2013(01)
[9]焊接过程有限元分析[J]. 高耀东,何建霞,乔云芳. 北京大学学报(自然科学版). 2010(06)
[10]激光再制造技术及其应用[J]. 王致坚,翟海波,刘宇,孙少妮. 激光杂志. 2010(05)
硕士论文
[1]高锰钢上等离子熔覆镍基合金数值模拟与组织性能分析[D]. 刘岗.广东工业大学 2016
本文编号：3615899
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