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隨著近些年中國環保法規逐漸嚴格,零部件的水平連鑄工藝也隨之形狀復雜化與薄壁化.甚至是通過耐熱鑄鐵研制而成的排氣系統構件,同樣在向這種趨勢發展與演變.為確保所制造的鑄鐵型材具有高質量、無缺憾的特點,通過水平連鑄計算機輔助工程(水平連鑄CAE)來研究薄壁鑄鐵型材的水平連鑄工藝具有非常重要的意義.本文主要介紹與分析了對水平連鑄CAE技術進行有效應用的現狀,并探討水平連鑄CAE技術在薄壁鑄鐵型材上的水平連鑄工藝應用.由于對水平連鑄CAE技術進行有效應用，因此，可以在短期內對放縮孔措施進行有效實施，尤其是在對縮孔具置進行正確預測時，勢必會實現實用化但是，因為薄壁鑄鐵型材水平連鑄條件時常會發生變化，如:金屬液成分、溫度以及造型條件等，會造成產生氣體缺陷與縮孔等問題，而且還會受到量元素的直接影響。此外，尚末充分查明出現水平連鑄缺陷的機理，僅僅根據水平連鑄CAE技術對水平連鑄缺陷進行完全預測是非常有難度的甚至在水平連鑄CAE結果中，一定要將現場知識融入進去，對預測結果質量進行判斷。
近年來耐熱球墨鑄鐵材料由于具有良好的力學性能、耐熱性能及高溫下抗氧化、抗疲勞性能等特點,正逐步取代某些鋼來制造耐熱模具,獲得了越來越廣泛的應用。本文研究了耐熱球墨鑄鐵模具材料的耐熱性能、抗高溫氧化性能、抗疲勞性能及耐磨性能,為其在代替傳統鑄鍛鋼生產沖壓件模具等方面提供了重要的理論和實踐依據。 在鑄鐵中，碳能以化合態的滲碳體和游離狀態的石墨兩種形式存在，游離狀態的石墨容易形成片狀結構。這是由于石墨的晶格為簡單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結合力較強；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結合力較弱，故結晶時易形成片狀結構，且強度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個價電子中，只有一個價電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導電性)的原因。鑄鐵型材具有組織均勻致密；耐壓氣密性好；減磨性能強；表面質量光潔；尺寸精度高：加工余量小；硬度分布均勻；抗拉伸強度高,無縮松,氣孔,夾渣,砂眼等缺陷,機械性能優越,其中為顯著的特點是具有度和高韌性相結合以及優良的抗疲勞性能 空心鑄鐵型材及水平連鑄裝置，在相應領域內替代砂型鑄件，這種空心鑄鐵型材的截面中部有通孔，截面輪廓形狀為圓形、矩形、多邊形。上述空心鑄鐵型材的水平連鑄裝置，其基本結構包括保溫爐、設置于爐口處的外結晶器、牽引設備組成，其特征在于在保溫爐內與外結晶器對應位置設置內結晶器。所述的內結晶器固定保溫爐下部的外壁上。本實用新型采用的技術方案，與砂型鑄造相比，表現在機械性能提高，切削性能提高，表面光潔，加工余量小，可直接加工成閥體、齒輪泵外殼，液壓導向套等，比實心型材的再加工提高了工效。空心鑄鐵型材生產，基本有三種方式，種采用垂直下拉的間歇式連鑄鐵管生產裝置，該裝置因生產的型材致密性差已被淘汰；第二種采用水平連鑄加內結晶器的生產裝置生產空心鑄鐵型材 前面我們已討論過化合態的滲碳體，它若加熱到高溫，便會分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態的滲碳體只是一種亞穩定相，而游離態的石墨則是一種穩定相。一般，在鐵碳合金的結晶過程中，因為滲碳體的含碳量69％)比石墨的含碳量(100％)更接近于合金成分的含碳量5％o％)，析出滲碳體時所需的原子擴散量較小，滲碳體的晶核易形成，所以自合金液體或奧氏體中析出的是滲碳體而不是石墨。 采用正交實驗法優化了材料中合金元素Si、Mn、Cr的佳配比;利用光學顯鏡觀察了球墨鑄鐵的金相組織;利用HB-3000型布氏硬度計測量了球墨鑄鐵的硬度;通過CSS-44000型電子 試驗機對材料的拉伸性能進行了表征;采用氧化增重法衡量了材料的抗高溫氧化性能;觀察熱疲勞裂紋的SEM照片分析了材料的抗熱疲勞性能;使用MG-2000型摩擦磨損試驗機,考察了干摩擦條件下材料的摩擦磨損性能,綜合分析了合金元素的添加比例、施加載荷、磨損時間對材料摩擦磨損性能的影響,探討了其磨損失效機理。 結果表明:綜合考慮力學性能、耐熱性能、耐磨性能等方面的重要性,優化合金元素配比為Si5.5 wt.%、Mn0.6 wt.%、Cr0.8 wt.%;不同含量的合金元素對材料組織的影響也有所區別,合理控制合金元素添加量,能夠獲得抗氧化性能、抗疲勞性能好的球墨鑄鐵;摩擦磨損工藝參數的不同,摩擦質量損失和摩擦系數也有所不同。
鑄鐵型材硬度場的數值模擬工作主要有,在實驗獲得的鑄鐵型材各澆注參數的基礎上,使用華鑄CAE軟件對鑄鐵型材凝固過程的溫度場進行了數值模擬,通過對模擬結果進行分析計算獲得了鑄鐵型材各硬度測量點處的凝固冷卻速度。由此,基于實驗獲得的鑄鐵型材實測硬度數據與模擬所得的鑄鐵型材冷卻速度數據,建立了適用于該灰鑄鐵缸蓋鑄鐵型材硬度性能的數學計算模型,該模型主要是考慮了冷卻速度對灰鐵鑄鐵型材硬度性能的影響。在此數學模型的基礎之上,對軟件進行了二次開發,終實現了該灰鑄鐵缸蓋鑄鐵型材三維硬度數據的建立。由于該數據的建立是基于實測的鑄鐵型材硬度數據值,因此本文的研究對灰鑄鐵缸蓋鑄鐵型材硬度性能的預測具有重大的意義。 水平連鑄屬于頗有特點的精密綠色水平連鑄技術.但鎂合金水平連鑄中存在充型能力差、孔洞缺陷嚴重、凝固組織粗大及力學性能偏低等問題.針對以上問題,開發了幾種鎂合金水平連鑄新技術,本文主要介紹這些新技術的新研究進展.真空低壓水平連鑄技術,可保證金屬液充型平穩,提高鎂液充型和補縮能力,保護其充型過程,適于鎂合金水平連鑄成形.振動凝固消失模水平連鑄技術,可提高鎂合金充型能力、細化組織、明顯提高鑄鐵型材力學性能.消失模殼型水平連鑄技術,可或減少消失模水平連鑄易于出現的孔洞、夾雜等缺陷,能生產高質量復雜鎂合金精密鑄鐵型材.鎂/鋁雙金屬水平連鑄技術,可低成本直接成形復雜鎂/鋁雙金屬鑄鐵型材.以上新技術都有其自身特點和應用前景.
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