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《广东工业大学》 2011年
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热作模具喷射成形初步研究

禹威  
【摘要】:喷射成形是二十世纪冶金技术中的一项重大创新,它可以克服传统铸造工艺中容易形成网络状碳化物、晶粒尺寸粗大等缺点。与粉末冶金工艺相比,它不仅具有组织均匀、无宏观偏析等优点,而且能克服界面氧化、生产过程复杂等缺点。在轻金属材料、高合金材料、工具钢等领域成功地得到了应用。精密喷射成形与快速制造技术结合,可以实现高性能复杂形状模具的近净形成形,成为喷射成形最新的一个发展方向 本文详细介绍了自行设计的小型通用精密喷射成形装置,并对其熔炼装置、雾化装置、沉积装置、传动装置分别进行了论述。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱分析、压缩试验测试等手段对沉积态和铸态HM1合金的微观组织结构进行了分析。测试、分析了其致密度、洛氏硬度及力学性能,并探讨了其压缩断口的断裂机制。 自行设计研制了一套精密喷射成形装置,其熔炼部分省去了中间包,加热速度快,降低了能量消耗,最大合金熔化量为20Kg;雾化装置增加了辅助气孔,有效降低了雾化时反喷现象;采用了3个自由度的传动装置,可完成各种小型矩形和回转体型腔模具的喷射成形。 进行了热锻模具HM1喷射成形工艺试验。通过对精密喷射成形工艺参数的研究,得出了制备HM1合金气门热锻模的最佳工艺参数为:导流管伸出喷嘴下端最佳长度为3mm,步进电机控制基底下降速度为0.5mm/s,旋转速度为40 r/min,雾化压力为0.6MPa,雾化时熔体温度为1580°C以上,喷射高度是135-145mm,导流管直径为4mm。 金相组织观察结果表明:铸态合金的晶粒尺寸约为100μm左右,晶界处分布有粗大的网状碳化物。沉积态合金的晶粒尺寸约为20μm左右,晶粒和晶界处析出大量的细小碳化物,对晶界起到钉扎作用,提高了材料的综合机械性能。 力学性能测试结果表明:喷射成形工艺制备的气门模具和铸造工艺制备的合金都具有高的抗压强度。铸态的抗压强度为2650MPa,压缩率为40.8%;沉积态中有孔洞存在,特别是尖角孔洞,降低了喷射态的抗压强度。沉积态的抗压强度为2200MPa,压缩率为42%; X-Ray、SEM分析表明:铸态和沉积态的物相是马氏体、残余奥氏体和Cr7C3型碳化物。沉积态试样的洛氏硬度在HRC41-45之间,600°C回火2小时,马氏体分解为回火马氏体,残余奥氏体转变成回火马氏体,出现二次硬化现象,硬度提高了HRC3-5左右,达到了HRC46-48。铸态和沉积态断裂机理是切断性断裂和微孔聚集型断裂的微观机制的混合,断裂方式以穿晶断裂为主,沿晶断裂为辅;且沉积态比铸态存在更多韧窝。 进行了发动机气门锻模喷射成形的初步研究,模具直径为78mm,高度为12mm。实验表明,模具型腔轮廓清晰,显微组织细小,致密度超过95%,最高达到了99.5%,硬度达到HRC41-45。虽然其表面质量尚不能达到净形成形的要求,但是经少许精整加工,即可以用于锻造生产,基本达到近净成形的标准。研究表明,经过进一步努力,改进成形工艺,提高表面质量,喷射成形用于气门锻模的制造是可行的,可以实现的。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG315.2

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