双金属复合裂解连杆的锻造工艺研究

摘要

连杆是汽车发动机的核心零部件之一，目前传统的连杆制造工艺已逐渐被先进的连杆裂解加工技术取代。该技术通过对预设裂解槽的大头孔直接施加裂解载荷来获得三维凹凸不平的裂解面，省去了传统工艺锯切和磨削的步骤，既缩短了工艺流程，又使连杆装配精度高、承载能力强。但是，连杆裂解技术对材料要求非常高，要求既要保证连杆强韧综合性能指标，又要限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特性。双金属复合铸造裂解连杆技术在一定程度上突破了裂解技术对材料的限制，使铝合金、钛合金、40Cr等材料能够应用于裂解技术。但是采用此技术制造的连杆内部多有气孔、缩孔等铸造缺陷，这极大地影响了双金属复合铸造裂解连杆技术的实用性。
　　本文提出2A14/A390双金属复合铸造裂解连杆锻造强化工艺，通过该工艺处理可使其组织致密，力学性能提高，能够用于实际生产中。本论文的主要研究结论如下:
　　(1)建立双金属复合坯料受力模型，研究双金属界面在锻造过程中的变化机理。研究表明为防止A390区域产生裂纹等缺陷，需严格控制双金属复合锻造过程中的锻造变形程度和锻造速度，另外锻造过程中双金属界面变化分成两个阶段:变形阶段和回复阶段，这要求双金属界面始终为冶金结合。
　　(2)研究了复合锻坯界面质量与连接性能，最佳锻造工艺参数下制取的双金属复合锻坯，双金属界面无缺陷产生，锻坯外部及内部均无裂纹等锻造缺陷产生，并且无缩松缩孔等铸造缺陷。通过拉伸试验，测得其抗拉强度为119.06MPa，比双金属复合铸坯强度提高了32％，力学性能明显提高。界面附近显微硬度明显升高，界面两侧元素分布更加均匀。双金属复合锻坯的界面呈冶金结合，并且结合的更加紧密。
　　(3)裂解槽固定了复合锻件裂解时裂纹的起裂位置，避免了出现裂纹分叉、交汇异常等裂解缺陷;裂解槽深度越大，试样脆断所需的载荷越小;U型槽裂纹起裂的临界应力较大，而V型槽裂解面质量高，更适合于复合锻件裂解连杆。
　　(4)复合铸件主体区在拉断过程中形成较浅且细小的韧窝，其塑性变形程度低，力学性能有待提高;复合锻件主体区断口有经明显塑性变形形成的等轴韧窝，试样主体区金属经锻造后力学性能显著提高。复合铸件裂解时裂解面易出现裂纹和微小粒子等缺陷，严重影响裂解面的质量;复合锻件裂解时由各细小均匀的硅颗粒共同作用形成大量排列整齐、光亮的准解理面，断口表面光滑平整，相对平齐并垂直于拉伸载荷方向，呈明显脆断特征，裂解过程中基本没有裂纹和微小粒子产生，裂解面质量大幅提高。
　　研究表明2A14/A390双金属复合锻造裂解连杆力学性能优异，裂解面质量高，具有重要的实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 连杆裂解技术的研究概况

1．2．1 连杆裂解技术原理

1．2．2 国内外连杆裂解技术发展现状

1．2．3 目前连杆裂解技术存在的问题

1．3 双金属复合裂解连杆技术的研究概况

1．3．1 双金属复合裂解连杆技术的研究现状

1．3．2 双金属复合裂解连杆技术的不足

1．4 双金属复合锻造的研究概况

1．5 双金属复合裂解连杆锻造工艺的提出

1．5．1 双金属复合裂解连杆锻造的可行性分析

1．5．2 双金属复合裂解连杆锻造的工程意义

1．6 本文研究的主要内容

第二章 试验过程及检测方法

2．1 引言

2．2 试验目的

2．3 试验过程

2．3．1 锻造坯料的制备

2．3．2 试验设备介绍

2．3．3 工艺流程

2．4 锻造工艺参数影响

2．4．1 锻造温度范围

2．4．2 锻造比

2．4．3 锻造速度

2．4．4 应力-应变状态及其影响

2．5 检测

2．6 本章小结

第三章 双金属锻件的界面质量与性畿研究

3．1 引言

3．2 复合锻坯受力模型及界面变化机理

3．2．1 受力模型的建立

3．2．2 双金属界面变化机理

3．3 工艺参数对双金属锻件质量的影响

3．3．1 锻造温度对双金属锻件质量的影响

3．3．2 锻造比对双金属锻件质量的影响

3．3．3 锻造速度对双金属锻件质量的影响

3．3．4 双金属锻件无损探伤

3．4 锻造工艺及热处理对双金属锻件显微组织的影响

3．4．1 锻后双金属界面微观组织的变化

3．4．2 热处理对双金属界面的影响

3．5 双金属锻件的界面性能分析

3．5．1 双金属锻件的力学性能比较

3．5．2 界面区域成分分析比较

3．5．3 界面硬度分析比较

3．6 本章小结

第四章 双金属锻件的裂解试验与断口分析

4．1 引言

4．2 双金属锻件的裂解原理

4．3 裂解槽几何参数分析

4．3．1 裂解槽对裂纹启裂的影响

4．3．2 裂解槽张角对裂解力的影响

4．3．3 裂解槽深度对裂解力的影响

4．4 裂解面特征分析

4．4．1 裂解面裂纹的扩展分析

4．4．2 裂解面的断口分析对比

4．4．3 裂解面啮合性能分析

4．5 双金属锻件裂解存在的问题及解决措施

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要科研成果