四种典型球墨铸铁应变释放系数及其塑性修正研究

盲孔法是工程中测量残余应力最普遍的方法,其中材料的应变释放系数是该方法中的关键参数,目前国内外对球墨铸铁的应变释放系数研究相对较少。本文采用盲孔法对四种常用球墨铸铁QT450-10、QT550-6、QT600-3和QT700-4的应变释放系数进行了标定,得到应变释放系数与应力的关系曲线,发现低牌号的球墨铸铁由于铁素体含量多,对应力集中更为敏感,在标定试验中易产生局部的塑性变形。使用基于形状改变比能S的修正方法对四种球墨铸铁的应变释放系数进行修正,发现和其他均质金属材料不同,球墨铸铁应变释放系数与■之间存在良好的线性关系,因此提出了球墨铸铁应变释放系数关于■的修正公式,可直接应用于盲孔法测量球墨铸铁的残余应力。

基于凝固过程电导率变化的球墨铸铁球化效果预测方法及装置

石墨形态对铸铁力学性能具有重要影响,炉前快速预测铸铁石墨形态对于提高铸件质量和生产效率具有重要意义。本文根据电磁感应原理,设计了一款基于凝固过程电阻率监测的铸铁石墨形态预测方法及装置,采用环形试样和电磁信号传感器同时获取熔体凝固过程电阻率及温度变化信号,以电磁参数评价石墨形态。预测装置包括铸铁熔体取样器、电磁信号传感器、高速信号采集模块、FPGA信号处理模块等硬件单元,软件采用Verilog语言编程。通过试验建立了铸铁石墨形态与电磁参数的相关性模型。

宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁的蠕变试验及本构模型对比研究

随着发动机功率密度的增加,气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加,因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁(Compacted Graphite cast Iron,CGI)气缸盖大范围的温度和应力工作条件,开展温度450~550℃、试验应力100~300 MPa条件下的CGI蠕变试验,进行表征宽幅温度和应力下CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明:与较小的温度和应力范围相比,在宽幅条件下CGI更容易发生蠕变损伤,且温度相比应力更能促使CGI发生蠕变变形;分别基于Norton⁃Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力(Deformation Mechanism⁃based True Stress,DMTS)模型,结合多目标优化方法,构建了CGI蠕变本构模型。其中,基于DMTS模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内,吻合效果在三种模型中为最佳。

铸铝汽缸盖疲劳强度分区评价方法研究

为考虑汽缸盖不同位置力学性能差异对疲劳评估的影响,提出一种考虑汽缸盖力学性能分散性的疲劳评估方法。首先,在汽缸盖本体的顶板、底板、进排气道壁和立墙部位分别取样,进行拉伸试验并分析各部位的力学性能分散性。然后,测量汽缸盖各区域的微观组织结构特征,建立基于微观缺陷的拉伸性能预测模型。并利用拉伸性能与疲劳强度关系,建立疲劳极限预测模型。最后,基于多轴高周疲劳理论,结合热机耦合应力以及材料边界,提出汽缸盖疲劳强度分区评价方法。结果表明,建立的力学性能模型的预测误差约为2%,实现了对汽缸盖各区域力学性能的准确预测。与传统的疲劳评估方法相比,所提方法结合了工作载荷和材料分散性两个因素的影响,其评估的危险位置与试验开裂部位一致,因此可以更加准确地表征缸盖的疲劳性能。

基于热分析技术的球墨铸铁球化率和收缩特性预测

针对球铁生产中存在的缩孔、缩松和球化不良等铸造缺陷导致废品率较高的问题,开展基于热分析技术的球铁球化率和收缩特性的预测研究。使用特定的热分析样杯进行铁液取样分析,在浇注目标成分铁液后,多路温度采集系统记录试样凝固温度曲线,计算了液相线温度TL、共晶最低温度TEU、共晶最高温度TER特征温度,并以这些特征值为变量,通过多元线性回归方法建立了预测收缩率和球化率的数学模型。经现场试验测试,采用模型预测收缩率和球化率的平均误差分别不超过1%和2%。

铌对渣浆泵高铬铸铁组织和性能影响

采用对比试验,分析讨论了铌对一种渣浆泵用高铬铸铁性能的影响。分别测量了材料的力学性能、硬度和耐磨性,并对组织进行了分析。结果表明,加入铌对高铬铸铁碳化物形态有明显的改变,这种改变提高了力学性能,同时也提高了材料耐磨性。

Microstructure and properties of LZQT600-3 HCCDIBs for plunger pump cylinder

It is important to improve the comprehensive performance of the ductile iron bars(DIBs)for the cylinder block of the extra high pressure hydraulic plunger pump and accelerate the industrial application.In this work,the LZQT600-3 DIBs with the diameter of 145 mm were prepared by the horizontal continuous casting(HCC)process,that is,LZQT600-3 HCCDIBs.The microstructure and room temperature tensile properties of different sections[left-edge(surface layer),left-1/2R(left half of the radius),and the center of the HCCDIBs]were studied.The results show that the spheroidization of LZQT600-3 HCCDIBs matrix from the left-edge,left-1/2R to the center is at nodulizing grade II and above.As the cooling rate gradually decreases from surface to the center of the HCCIBs,the number of spheroidized graphite is gradually reduced,the size is gradually increased,the shape factor is decreased,and the pearlite content and lamellate spacing are increased.Along the horizontal direction of the section,the hardness of the material is distributed symmetrically around the center of the HCCDIBs.In the vertical direction,the hardness distribution in the center of the HCCDIBs is asymmetrical due to the gravity during the solidification process.Therefore,the microstructure in the lower part of the section solidifies relatively quickly.The left-edge has the best tensile mechanical properties,and the ultimate tensile strength,yield tensile strength and elongation are 597.3 MPa,418.5 MPa and 9.6%,respectively.The tensile fracture belongs to the ductile-brittle hybrid fracture.The comprehensive performances of LZQT600-3 HCCDIBs meet the actual application requirements of ultra-high pressure hydraulic plunger pump cylinder.

Thermal fatigue and wear of compacted graphite iron brake discs with various thermomechanical properties

The increase in payload capacity of trucks has heightened the demand for cost-effective yet high performance brake discs.In this work,the thermal fatigue and wear of compacted graphite iron brake discs were investigated,aiming to provide an experimental foundation for achieving a balance between their thermal and mechanical properties.Compacted graphite iron brake discs with different tensile strengths,macrohardnesses,specific heat capacities and thermal diffusion coefficients were produced by changing the proportion and strength of ferrite.The peak temperature,pressure load and friction coefficient of compacted graphite iron brake discs were analyzed through inertia friction tests.The morphology of thermal cracks and 3D profiles of the worn surfaces were also discussed.It is found that the thermal fatigue of compacted graphite iron discs is determined by their thermal properties.A compacted graphite iron with the highest specific heat capacity and thermal diffusion coefficient exhibits optimal thermal fatigue resistance.Oxidization of the matrix at low temperatures significantly weakens the function of alloy strengthening in hindering the propagation of thermal cracks.Despite the reduced hardness,increasing the ferrite proportion can mitigate wear loss resulting from low disc temperatures and the absence of abrasive wear.

Effect of FeSi additive in dual-chamber sample cup on thermal analysis characteristic values and vermiculating rate of compacted graphite iron

Thermal analysis plays a key role in the online inspection of molten iron quality.Different solidification process of molten iron can be reflected by thermal analysis curves,and silicon is one of important elements affecting the solidification of molten iron.In this study,FeSi75 was added in one chamber of the dual-chamber sample cup,and the influences of FeSi75 additive on the characteristic values of thermal analysis curves and vermiculating rate were investigated.The results show that with the increase of FeSi75,the start temperature of austenite formation TALfirstly decreases and then increases,but the start temperature of eutectic growth TSEF,the lowest eutectic temperature TEU,temperature at maximum eutectic reaction rate TEM,and highest eutectic temperature TERkeep always an increase.The temperature at final solidification point TEShas little change.The FeSi75 additive has different influences on the vermiculating rate of molten iron with different vermiculation,and the vermiculating rate increases for lower vermiculation molten iron while decreases for higher one.According to the thermal analysis curves obtained by a dual-chamber sample cup with 0.30wt.%FeSi75 additive in one chamber,the vermiculating rate of molten iron can be evaluated by comparing the characteristic values of these curves.The time differenceΔtERcorresponding to the highest eutectic temperature TERhas a closer relationship with the vermiculating rate,and a parabolic regression curve between the time differenceΔtERand vermiculating rateηhas been obtained within the range of 65%to 95%,which is suitable for the qualified melt.

基于多目标粒子群算法的A356铝合金蠕变本构模型的构建

在150,250,300℃温度和20~150 MPa应力下,对A356铝合金进行单向拉伸蠕变试验,研究了其蠕变特性;采用多目标粒子群算法得到Norton-Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和基于变形机制的真应力蠕变模型的参数,并采用这3种模型对A356铝合金的最小蠕变速率-应力曲线进行预测,分析3种模型的预测精度。结果表明:A356铝合金的最小蠕变速率与试验温度和应力成正相关,但温度对最小蠕变速率的影响程度大于应力;基于变形机制的真应力蠕变模型具有最高的预测精度,对最小蠕变速率的预测结果中90%数据点均位于2倍误差带内。结合多目标粒子群算法得到的基于变形机制的真应力蠕变模型可以用来准确模拟宽幅温度和应力范围下A356铝合金的蠕变特性。

蠕化率对重型柴油机用蠕墨铸铁的磨损损伤机制的研究

采用Rtec-MFT5000型多功能摩擦磨损试验机对几种不同蠕化率的蠕墨铸铁进行了往复滑动摩擦试验,研究了蠕化率对蠕墨铸铁的磨损表面损伤行为和和磨损性能的影响。结果表明,在相同工况条件下,蠕墨铸铁的抗磨损性能随蠕化率的提高呈下降趋势,在载荷30 N的情况下,蠕化率61%的试样的磨损体积为0.049 mm^(3),比蠕化率83%、96%的试样耐磨性分别提高了16.9%、22.2%。在相同载荷下,试样的摩擦系数随着蠕化率的提高而降低。随着载荷的增加,蠕墨铸铁的平均摩擦系数呈下降趋势。在低载荷2 N的情况下,蠕墨铸铁的磨损机制主要为显微切削。随着载荷增加到15 N时,磨损机制为显微切削和黏着磨损的混合形式。当载荷增大到30 N时,蠕墨铸铁的磨损机制为显微切削、黏着磨损和疲劳磨损的混合形式。

一种整体式齿轮箱铸造工艺及模具设计研究

针对一种整体式齿轮箱进行了铸造工艺设计、铸造CAE仿真及模具设计研究。通过合理地设计浇注系统、激冷冷铁和发热保温冒口等工艺措施,并采用预埋覆膜砂型芯、整体筋板抽活块等模具设计方案,成功开发了满足质量要求的整体式齿轮箱铸件。

轨道交通用机车齿轮箱体铸造工艺研究

本文针对轨道交通用机车齿轮箱体技术要求及工艺难点进行了分析,并通过CAE软件优化了造型和熔炼工艺,经箱体材料及实物试验,开发了一种适用于大平面机车齿轮箱体的铸造工艺。

等温淬火球墨铸铁厚壁工件无损检测方法的对比研究

探讨了等温淬火球墨铸铁厚壁工件的孔洞类缺陷检测方法,分别进行了常规超声检测、相控阵超声检测、γ射线照相检测和高能X射线数字成像检测试验。对于壁厚范围60~135 mm的区域,超声检测体现了更高的检测灵敏度,可以检出Φ0.9 mm反射当量的单个缺陷以及区域性缺陷。Co60、Ir192以及9MeV射线数字成像检测的检测效果较差,难以发现厚壁工件中细小的缺陷;450 kV射线数字成像检测设备可以检出薄层结构的疏松。

铁素体球墨铸铁原铁液含碳量的计算方法与控制技术

风电铁素体球铁的主要成分有Fe、C和Si,其碳含量测定的准确性很重要。本研究基于检测技术,通过生产现场实际检测,重点对比了直读光谱仪法、碳硅仪法和碳硫仪法三种碳含量检测方法的检测结果,分析了直读光谱仪法和碳硅仪法现场检测碳含量的局限性和其中产生差异的原因;分析了试样白口化程度对检测结果的影响。验证了生产现场的经验判断,提出了注意事项和综合应用的解决办法。

球墨铸铁冷却壁心部性能研究

球量铸铁件的心部性能成为衡量球墨铸铁冷却壁内部质量的一个重要指标。技术要求为心部抗拉强度R_(m)≥350 N/mm^(2),伸长率A≥8%;心部金相组织球化率≥70%,铁素体含量≥80%。由于球墨铸铁冷却壁属于厚大铸件,受凝固特性、冷却速度和合金元素等因素的影响,心部性能不稳定,通常无法达到技术协议的要求。本文分析了心部性能较低的原因,提出了工艺改进措施,进行了冷却壁解剖试验,验证了试验效果。

240气缸盖蠕墨铸铁件缩孔缩松的防止措施

介绍了240气缸盖铸件的结构及技术要求,详细阐述了原生产工艺及铸件出现的缩孔、缩松问题,通过对原工艺进行分析,经过多次工艺改进,解决了铸件缩孔、缩松问题。最后指出:(1)对于内腔形状复杂、壁厚突变较大的铸件,在铸造工艺设计时可选择顶注式雨淋浇注系统+冒口的铸造工艺,有利于实现顺序凝固和补缩,减少缩孔、缩松类铸造缺陷;在铸件心部热节部位,通过合理设计冷铁进行激冷,同时需要适当提高冒口模数,能够有效消除铸件缩孔、缩松类铸造缺陷,获得致密的铸件本体组织,满足铸件使用技术要求。

钇基重稀土蠕化线在蠕墨铸铁制动鼓上的应用

介绍了蠕墨铸铁制动鼓的技术要求,详细阐述了制动鼓铸件喂丝相关参数的设定和铈基轻稀土蠕化线生产制动鼓铸件的过程控制以及产生的蠕化衰退问题。在其他化学成分基本不变的情况下,通过采用具有更强的蠕化效果和抗衰退能力的钇基重稀土替代铈基轻稀土蠕化线的措施,使铸件的金相组织符合要求,即:石墨以蠕虫状为主,蠕化率≥50%,没有片状石墨存在,基体以珠光体+铁素体为主,游离碳化物体积分数≤1%,游离碳化物+磷共晶的体积分数≤4%,且力学性能合格。

蠕墨铸铁铣削过程的研究

本文旨在探讨在VDL-600A立式加工机床上使用KC72S刀具对蠕墨铸铁进行铣削时,铣削速度、进给量和背吃刀量对切削力的影响。通过对当前蠕墨铸铁铣削切削力研究现状的分析,发现铣削速度是对切削力影响最为显著的因素。较高的铣削速度会导致更大的切削力,这可能是由于高速铣削时刀具与工件之间的摩擦力增加所致。相比之下,背吃刀量和进给量对切削力的影响相对较小。这可能是因为这两个因素对切削过程中刀具与工件之间的接触面积变化不大。对蠕墨铸铁进行铣削时,需要着重考虑调整铣削速度,相对而言,背吃刀量和进给量的调整对切削力影响较小。

汽车球墨铸铁制动钳不同壁厚处的组织与性能研究

了解汽车制动钳球墨铸铁件不同壁厚处的组织与性能规律,有利于改善产品质量及稳定性。以QT500-7和QT550-6的制动钳为对象,通过分析其不同部位的组织与性能,研究铸件壁厚对球墨铸铁石墨、基体组织、硬度的影响。结果表明:制动钳由部位A至C,壁厚依次增大,其石墨球化率变化不大,石墨颗粒数先增多后减少,石墨平均直径先减小后增大,珠光体含量和布氏硬度先下降后上升,珠光体片间距变化趋势则与Si元素微区含量的变化趋势接近一致。A部位壁厚小于B部位,但由于凝固过程温度场分布不同,A部位温度要高于B部位,故A部位石墨颗粒数反而较少、石墨平均直径反而较大。较厚部位C和冷却较慢的部位A比B部位的珠光体含量反而多,是受稳定珠光体的元素如Mn偏析影响的结果,并且冷却速度越慢偏析越严重。铸件不同壁厚处的组织与性能的差异本质上是冷却速度和微区成分综合影响的结果。