球铁凸轮轴正火动力学数学模型研究及其工艺优化

摘要

在近十年来的世界范围内，球墨铸铁的生产量连年呈增长形势，而且由于球墨铸铁具有好的强、塑性，在汽车工业中正得到广泛的推广应用，并显示出了将取代部分钢和灰口铸铁的强大趋势。适合球墨铸铁铸造的成形工艺在近50多年来也得到了飞快的发展，具有高刚度铸型及快速冷却等有利条件，能够确保获得尺寸精确、内部组织致密、球化良好、石墨及晶粒细化的球墨铸铁铸件的先进铸造工艺应运而生并不断得以发展和完善，并在球墨铸铁的生产中获得了越来越广泛的应用如：水平连铸球铁型材、金属型覆砂铸造、水冷金属型铸造、负压消失模铸造和喷射成形等。 本文就金属模覆砂球墨铸铁凸轮轴铸造生产线中存在的实际质量技术问题及其产生的原因进行了全面、详细的分析和研究，并提出了合理的改进方案。 本研究通过球墨铸铁的连续冷却实验，就材料的连续冷却速度对其显微组织的影响作用予以了评判和分析，对在不同的连续冷却速度下所产生的先共析铁素体的体积百分含量进行了测定。在此基础上，建立了单位体积中先共析铁素体含量与连续冷却速度之间关系的动力学数学模型。该动力学数学模型能很好地量化在较大的冷却速度条件下，球墨铸铁内部组织中先共析铁素体含量的变化；采用有限差分计算方法可以求出能获得全珠光体基体组织球墨铸铁的最小连续冷却速度即5℃／S。 为了实现可控制性冷却，本研究采用改变冷却方式的方法来调整球墨铸铁凸轮轴在正火过程中的冷却速度，并在实际生产环境中进行了正火及回火工艺的对比实验。通过在不同的正火及回火工艺条件下，对球墨铸铁凸轮轴的内部组织、强度、硬度和塑性进行了大量的测定、评判、分析和研究，确定了能够获得高强度、高塑性球墨铸铁的最佳生产工艺。该优化生产工艺经应用于球墨铸铁凸轮轴的实际生产之中，共处理了70多炉，历时约6个月的时间，未出现一例质量不合格的炉次，珠光体含量大于95％，铁素体和碳化物含量都小于5％，石墨球化率在80％以上，最大石墨直径不超过0.08mm，平均直径小于0.04mm；该凸轮轴本体的平均抗拉强度大于900 MP，延伸率大于4％。通过实际生产的验证，该优化工艺具有易于控制，可操作性强，所生产的产品质量稳定，完全能够满足球墨铸铁凸轮轴的技术要求和经济要求。 本项目的成功研究，一方面可为实际的球墨铸铁凸轮轴金属模覆砂铸造生产提供最优化的生产工艺，提高凸轮轴的耐磨性和疲劳强度，增加球墨铸铁金属模覆砂铸造生产线的直接经济效益和社会效益；另一方面，通过对球墨铸铁显微组织与其机械力学性能间关系的量化研究，能为实际工艺设计提供可靠的设计理论依据，为球墨铸铁在其它方面的应用打下扎实的应用理论基础。

目录

文摘

英文文摘

1序言

2球墨铸铁凸轮轴的生产

3共析转变原理

4连续冷却实验

5先共析铁素体连续冷却转变数学模型

6球墨铸铁凸轮轴热处理实验

7结论

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

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