21-4N空心气门楔横轧成形与微观组织演变规律研究

发布时间：2017-12-09 08:28

  本文关键词：21-4N空心气门楔横轧成形与微观组织演变规律研究

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【摘要】：气门是控制发动机进排气的重要零件。气门的质量直接关系到发动机的油耗、寿命等重要工作性能,是影响发动机可靠性、安全性的关键零部件之一。空心气门具有减重、降温、节能环保的优点,是当今气门的发展趋势。目前空心气门制坯方法主要有实心气门钻孔法和反挤压法,都存在生产效率低,成本高等缺点,制造的气门容易出现粗晶混晶问题;本课题提出楔横轧成形空心气门新工艺,具有效率高、成本低、质量稳定等优点。通过Gleeble-1500D热模拟实验机分析了耐热钢21-4N在不同应变速率和不同温度下单向压缩的应力-应变曲线;研究了不同温度、不同应变速率和不同变形量对21-4N单向压缩时晶粒细化的影响规律;通过高温加热炉研究了不同加热温度和保温时间对奥氏体晶粒长大的影响规律;采用OA、SEM和EBSD等实验平台对单向压缩后的试件微观组织形貌进行观察分析,揭示21-4N耐热钢微观组织演变机理。基于位错理论利用内变量方法建立耦合微观组织的统一本构模型,使用MATLAB遗传算法结合热模拟实验数据求解得到微观组织模型参数;对比分析实验数据与微观组织模型的预测结果,表明微观组织模型能够准确地表达21-4N耐热钢在单向压缩变形时的粘塑性流动特征和微观组织演变规律。使用Deform-3D模拟不同工艺参数下楔横轧成形过程,分析成形角、展宽角、坯料相对壁厚及温度等参数对轧件不圆度的影响规律;揭示轧件内壁楔入位置扩孔的产生原因,提出变展宽角设计楔横轧模具的方法解决内孔扩孔问题;为改善21-4N空心气门的壁厚均匀性,用带芯棒轧制的方法控制轧制过程,提出临界芯棒直径的概念,发现以临界直径的芯棒轧制21-4N空心气门时,空心气门的壁厚尺寸最优。分析了带芯棒轧制时芯棒对轧件壁厚分布的影响规律,揭示芯棒在轧制过程中对空心轧件的作用机理。基于热-力-组织的统一粘塑性本构模型,采用Deform-3D模拟不同楔横轧工艺参数下空心气门制坯成形的微观组织演变,揭示了轧制温度和轧辊转速对21-4N耐热钢微观组织演变的影响规律,为优化工艺参数、预测成形气门的组织和性能提供了理论依据。通过楔横轧制坯实验,得出较优轧制工艺参数,实验结果与数值模拟结果相符,有限元模型可信度高。当加热温度为1060。C、坯料外径18mm、壁厚4mm、成形角35°、楔尖至展宽40mm处展宽角5°、展宽40mm处至展宽段结束展宽角4°,模具斜楔顶面脱空0.1 mm时,可得到满足尺寸需求和组织性能要求的空心气门预制坯。本文对21-4N空心气门楔横轧成形以及微观组织进行研究,为新工艺的应用提供理论指导与技术支持。楔横轧成形的空心气门在某公司进行了实验,结论是楔横轧成形的空心气门满足了实验的要求,达到了使用标准。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK406;TG335

【参考文献】

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本文编号：1269738