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耐磨铝青铜集电靴组织性能研究及金属型模具设计

张锦志  
【摘要】: 城市轨道交通是解决现代城市交通堵塞问题的首选方式。集电靴滑块是电力机车的重要组成部分,它是将第三轨上的电流引入列车机身以提供电力的关键部件,对列车的安全和运行成本影响很大。 国内外广泛采用铜基合金作为集电靴材料。本文用中频感应炉熔炼四种成份的铝青铜合金,随后采用适当的热处理工艺对合金进行强化,分别从其组织结构、综合力学性能、摩擦磨损行为、电阻率及铸造工艺等方面进行了对比研究。 研究表明,添加3-4.5%Fe及0.4%稀土,能够改善合金组织,细化晶粒,提高合金的耐磨性。而0.4%Be的加入,能够进一步提高合金的硬度,并明显降低合金的电阻率。添加等量(4.0%)的Fe和Ni元素,能形成一种新的K相组织,该组织在后期热处理强化过程中,呈细小颗粒状析出,进一步强化合金。 热处理结果表明,固溶时效能明显改善合金的塑性,而合金的强度、硬度基本保持在淬火后的水平。延长时效时间能够有效提高合金的综合机械性能,但时效时间越长合金的电阻率越大。时效温度越高,电导率就越高,但时效温度过高,合金的电导率又有所降低。2号、3号合金理想的热处理工艺为950℃保温2h水淬,然后经350℃保温2h时效;4号合金理想的热处理工艺为950℃保温2h水淬,然后经450℃保温2h时效。 合金的摩擦磨损研究表明,2号、3号合金经950℃保温2h水淬,350℃保温2h时效后,合金的抗摩擦磨损性能最佳;4号合金的最佳抗摩擦磨损性能出现在经950℃保温2h水淬,450℃保温6h时效。3号合金的摩擦磨损性能最好,4号合金稍差,2号合金综合性能及抗摩擦磨损性能较之3号、4号合金相差较大。 铸件成形工艺优化模拟结果表明,原方案中金属液对型腔冲刷比较大,容易使铸件凝固过程中在两条工艺圆弧过渡部位产生缩松、缩孔等铸造缺陷。优化后的新方案采用金属型加金属芯的非敞开式浇注系统,充型过程平稳,凝固过程中没有产生铸造缺陷。 本文最后针对新方案还进行了金属型模具设计。


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