C级钢半固态模段工艺及模具研究

摘要

半固态模锻工艺是半固态加工和液态模锻技术相结合的一个产物，是实现钢铁材料模具成形的有效途径，具有良好的工业应用前景。目前由于缺少专用设备和模具，从而影响了基础理论的深入研究以及向工业化的进一步拓展。作者采用电磁搅拌技术加工的C级钢半固态浆料，以铁路车辆用铸钢件轴箱体和通用性能试样为对象，研究了模具的结构特点及参数设计，并在此基础上重点探索了工艺参数对工件成形质量及力学性能的影响规律。此外，本文还针对模具的失效与选材进行了分析。 通过分析半固态模锻的工艺路线，选定了铁路车辆用铸钢件轴箱体和通用性能试样分别作为直接成形和间接成形的研究对象。根据理论分析推断出浇注温度、模具预热温度、加压开始时间、充型比压和充型速度等工艺参数是影响工件成形质量及力学性能的主要因素。实验方案是首先进行充型质量实验，然后在此基础上以力学性能作为评价指标，用正交试验的方法进行工艺参数的优化设计。 以轴箱体模具为载体研究了直接成形模具的结构特点及参数设计方法。结果表明：合理地选择模具间隙、锁模力及拔模斜度是模具设计成功的关键。通过充型质量试验研究了成形工艺参数对工件表面质量及内部缺陷的影响规律。实验结果表明，浇注温度在1490～1500℃，模具预热温度300～400℃，加压开始时间在3秒，充型比压在100～120MPa和充型速度在30～40mm/s时可以得到表面质量较好的工件。进一步的正交试验结果表明，对力学性能影响的顺序从大到小依次为充型压力、充型速度和模具预热温度。适当地增大充型压力和充型速度可以使工件力学性能提高。本试验中最优的工艺参数组合是模具预热温度300℃，充型比压120MPa和充型速度40mm/s。 以通用性能试样模具为载体研究了间接成形模具的结构特点及参数设计方法。结果表明：合理地选择模具间隙、压室尺寸及拔模斜度是模具设计成功的关键。通过充型质量试验研究了成形工艺参数对工件表面质量及内部缺陷的影响规律。实验结果表明，浇注温度在1490～1500℃，模具预热温度300～400℃，加压开始时间在3秒，充型比压在100～120MPa和充型速度在30～40mm/s时可以得到表面质量较好的工件。进一步的正交试验结果表明，对力学性能影响的顺序从大到小依次为充型速度、充型压力和模具预热温度。适当地增大充型速度和充型压力可以使工件力学性能提高。本试验中最优的工艺参数组合是模具预热温度400℃，充型比压120MPa和充型速度40mm/s。 模具的工作条件及失效分析表明，其失效的主要形式是热疲劳、熔蚀和变形，机械磨损是次要的。高温性能是选择半固态流变成形模具材料的一个首要指标。目前常用的压铸用热作模具钢原则上都能适合低熔点合金半固态成形，但是国内外还没有真正适合黑色金属半固态成形的模具材料；使用复合材料或对现有的热作模具钢进行表面处理可能成为黑色金属半固态流变成形模具的主要突破口。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明

第一章文献综述及课题研究方案

第二章半固态模锻工艺的研究方法

第三章轴箱体模具设计及成形工艺研究

第四章通用性能试样模具设计及成形工艺研究

第五章模具的失效分析及选材

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文