中镍无限冷硬球墨铸铁轧辊辊颈缺陷原因分析及应用

分析了中镍无限冷硬球墨铸铁轧辊离心铸造时产生气孔、夹渣的工艺原因,采取了预脱氧处理、控制稀土镁球化剂使用率、提高浇注速度、提高型砂透气性、控制混合保护渣使用量、配箱时间控制在3 min以内等措施,辊颈气孔和夹渣产生的废品率从40%降低到6%以内,有效降低了废品率。

高镍铬无限冷硬球墨铸铁轧辊工作层离心铸造过程数值模拟

借助有限元模拟软件ProCAST对高镍铬无限冷硬球墨铸铁轧辊工作层离心铸造过程进行了分段建模,计算了铸件的温度场、流场。结果表明,铁液与离心铸型内壁接触后,受到自身重力、旋转铸型带来的离心力、摩擦力三个合力作用,以层状形式沿铸型内壁做圆周运动,沿着内壁同时向铸型两端运动,先到达离浇道距离较近的模具一端,沿轴向向另一端铺展。在有限元模拟辅助下生产出的高镍铬无限冷硬球墨铸铁离心复合轧辊,工作层为树枝状结晶组织,技术指标符合要求。

新型十字形负泊松比蜂窝结构的抗冲击性能

负泊松比力学超材料具有高可设计性、轻量化以及抗冲击方面的优势,引起学者们的关注,对内凹六边形结构、手性结构等经典构型进行了广泛研究。提出了一种新型的十字形负泊松比蜂窝结构,基于能量法对该结构泊松比的解析式进行了推导,所得解析解与有限元结果吻合良好,证明了推导方法的有效性;针对不同冲击速度和不同杆长比例系数的十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线以及能量吸收特性进行了研究。结果表明:杆长比例系数越小,泊松比越小;冲击速度和杆长比例系数会影响十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线和平台应力;十字形蜂窝结构的体吸能在中速冲击下会随应变增大出现增长加快现象,而高速冲击下体吸能增长趋势不再随应变增大出现加快但呈现出规律的波浪形增长。

对转圆柱滚子轴承动态特性分析

针对内外圈对转圆柱滚子轴承内部复杂的运动特性及相互作用力,通过分析轴承径向游隙的影响因素以及考虑滚子与滚道的接触变形和热效应对油膜厚度的影响,利用拟静力学法建立了轴承的分析模型,并采用NewtonRaphson法进行求解;同时,利用该模型对滚子打滑率进行计算,以验证所采用分析方法的正确性和可靠性。然后,进一步探讨了不同工况下对转圆柱滚子轴承内部组件的转速变化规律与接触特性。结果表明:滚子的自转转速、滚子与滚道的接触载荷均随径向载荷的增大而增大;内、外圈转速变化会使受载区滚子与滚道的接触载荷以一定的规律重新分配,且转速对最小油膜厚度的影响较径向载荷更为明显。研究结果可为对转圆柱滚子轴承的结构优化和生热机理分析提供理论依据。

考虑分层梯度的筒状蜂窝基座隔振性能研究

多孔蜂窝具有良好的吸能隔振特性,但是传统蜂窝基座主要研究其均匀参数的增加或减少对隔振性能的影响,且易出现应力集中、面内刚度低承载能力差的缺陷。为此提出了一种圆筒状蜂窝基座,分析了筒状蜂窝基座抗变形能力,通过优化软件内置序列二次规划算法,在满足一定的隔振性能前提下,优化出合理的基座设计参数。基于优化得到的基座参数进行了分层梯度设计,分别以胞元壁厚、内凹角度为自变量,设计了顺厚度梯度、逆厚度梯度、顺角度梯度、逆角度梯度的蜂窝层,在确保基座质量体积不变的前提下,讨论了分层梯度设计对基座隔振性能的影响。结果表明,圆筒状蜂窝基座较之于规则方形基座其比刚度更高,承载能力更强,厚度梯度的设计较之均匀参数设计隔振性能有所提升,逆厚度梯度设计隔振效果最佳,角度梯度设计对隔振性能影响不明显。

离心铸造高硼高速钢辊环组织及性能研究

针对高速钢轧辊生产成本高的问题,设计一种用廉价硼元素部分取代昂贵合金元素的新型耐磨材料,离心铸造出辊环。借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段对高硼高速钢辊环组织进行了研究,为高硼高速钢复合轧辊生产奠定基础。结果表明:铸态高硼高速钢辊环组织由马氏体、少量残余奥氏体及硼碳化物组成,硼碳化物由M2(B,C),(W,Mo)(2B,C),M(3B,C)以及M2(3B,C)6组成,呈鱼骨状、筛网状和块状沿晶界分布;快速冷却下,辊环径向上合金元素无偏析。经1 050℃水淬后,共晶硼碳化物形貌和分布没有变化,部分二次硼碳化物溶解,局部有断网现象,基体中出现细小、弥散的二次析出物,经525℃回火后数量明显增加。热处理后,硬度达到HRC60.8,冲击韧性可达到8.4 J/cm2。

铝含量对Fe-Cr-B-Al合金组织性能影响的研究

实验结果表明,不含铝元素的Fe-Cr-B合金铸态组织主要有马氏体、残余奥氏体和不同类型硼碳化合物组成,硬度超过65HRC。铝加入量不超过1.0%时,合金硬度变化不明显,物相组成也未出现变化。加铝量达到1.5%时,基体中出现了铁素体,合金硬度急剧下降。随铝含量的增多,铁素体在基体中所占比例越来越高,硬度逐渐下降但变化不大。

国内铸造工艺数值模拟研究及应用现状

铸造计算机模拟可以使铸件在铸造过程中应力场、温度场、流动场等分布变化情况、组织晶粒的生长和形貌变得可视化,并根据场量的分布来预测及预防铸件的缺陷。本文介绍了国内铸造数值模拟研究及应用发展状况,并指出了数值模拟技术在充型凝固过程中应用的发展方向。

高碳高速钢离心复合轧辊铸造缺陷形成及预防工艺研究

离心复合铸造高速钢轧辊常见的缺陷有气孔、夹渣、工作层与芯部的熔合不良,3者合计共占铸造缺陷总数的85.9%。解决这3大缺陷可以在很大程度上降低轧辊的废品率。以高碳高速钢轧辊为例,对其生产中气孔、夹杂、熔合不良缺陷的形成原因进行了分析,提出了防治措施。

高镍铬钼无限冷硬球铁轧辊熔合层夹杂缺陷形成原因及预防

分析了高镍铬无限冷硬球墨铸铁轧辊在生产中造成熔合层夹杂缺陷的工艺原因。结果表明,造成熔合层夹杂缺陷的因素有:铁液纯净度、离心冷型涂料、端盖砂型强度,"O"型玻璃渣加入量、离心机停机时工作层内表面温度、浇注芯部铁液的温度、离心机停机到芯部铁液浇注的时间间隔等。防治措施为:按照工艺规程组织生产,保证原材料优质可靠,控制铁液纯净度、离心铸造过程和配箱时间。

淬火处理对轧辊用高硼高速钢组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、硬度计及MM-200磨损试验机,研究了淬火温度对轧辊用高硼高速钢显微组织和性能的影响。结果表明,高硼高速钢的铸态组织由马氏体、铁素体、珠光体和沿晶界呈连续网状分布的共晶硼碳化物组成,共晶硼碳化物主要是M2B和M7(C,B)3;随着淬火温度的升高,基体全部转变成为马氏体,并有二次硼碳化物M23(C,B)6析出;高硼高速钢的硬度和耐磨性随着淬火温度的升高而明显增加,在1150℃淬火时硬度最高、耐磨性最好。

Ф480×900高镍铬离心复合轧辊熔合不良的成因及控制

工作层与芯部的熔合不良是Ф480×900高镍铬无限冷硬球墨铸铁轧辊产品中最主要的铸造缺陷,该缺陷一般难于修复而直接导致轧辊报废。对Ф480×900离心复合铸造高镍铬无限冷硬铸铁轧辊熔合不良缺陷分析发现,工作层离心浇注停机温度偏低、静态浇注填芯速度慢是造成熔合不良的主要原因。浇注工作层铁液时“O”型玻璃渣加入过量、芯部铁液浇注的温度过低、铁液纯净度差,也会造成熔合不良缺陷。针对上述原因提出防治措施:根据产品尺寸及工艺设计措施,合理加入“O”型玻璃渣;离心机停机要选择在工作层金属结晶平台温度以下10~20℃;采用顶注法浇注芯部铁液,温度控制在1385~1410℃;减少离心机停机到芯部铁液浇注的时间间隔,可以有效防治工作层与芯部的熔合不良。

冲击载荷下铸造起重机主梁疲劳裂纹扩展寿命研究

铸造起重机是冶金工业中常用起重运输装备,其工况环境恶劣,出现故障引发的事故危害较大,对该类装备进行准确的力学性能及疲劳分析显得非常重要。针对200/63 t四梁四轨双小车铸造起重机,建立其合理的桥架三维模型与动力学模型,基于实际载荷特性及动态参数分析,通过合理的结构简化与边界条件设置,运用Ansys软件对起重机桥架进行瞬态动力学分析。在获取准确的主梁结构危险单元应力动态响应的基础上,结合线弹性断裂力学理论,开展冲击载荷下主梁疲劳裂纹扩展寿命研究,为起重机结构优化与可靠性设计提供理论依据。

30Si预应力钢棒热轧盘条的开发

根据预应力钢棒用30Si热轧盘条的质量要求，设计了30Si的化学成分、力学性能和生产工艺。采用以下工艺流程：高炉铁水→100t顸底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→150mm×150mm方坯连铸→加热→轧制→冷却→集卷→入库，试制了φ8mm和φ10mm的30Si热轧盘条。检验结果表明，30si钢的浇铸分析成分（mass％）为C=0．28-0．31、Si=1．77～1．82、Mn=0．73～0．76、P=0．015～0．017、S=0．006-0．007，盘条的拉伸性能为抗拉强度Rm=700～770MPa、延伸率A=22．5～29．0％、断面收缩率Z=48．0～62．5％，盘条质量达到了设计要求。

考虑摆线轮磨损的RV减速器传动精度可靠性分析与参数优化

针对RV (rotate vector)减速器在工作过程中存在的零件磨损导致传动精度下降的问题,建立了考虑摆线轮磨损的RV减速器传动精度动态可靠性模型,进行传动精度可靠性分析,并对关键零件的公差以及摆线轮的修形参数进行优化设计。以某重载RV减速器为研究对象,利用Archard磨损公式对摆线轮的磨损深度进行计算,分析轮齿齿廓磨损的分布情况,并基于数值仿真数据利用高斯过程回归模型预测磨损量;建立了含动态磨损的RV减速器传动精度可靠性模型,用蒙特卡洛法求解其动态可靠度;建立了以传动精度动态可靠度为约束条件,以加工成本最低、额定寿命周期内最大磨损量最小为优化目标的优化模型,采用多目标遗传算法求得最优解。结果表明;优化后摆线轮的磨损量略微增大,而减速器的加工成本明显降低;优化后减速器传动精度可靠度得到明显提高,在额定寿命6 000 h内的可靠度满足预期要求。研究结果可以为高精度RV减速器的设计提供参考。

数值模拟技术在充型凝固过程中的应用

对铸造过程进行数值模拟可以有效地预测制备过程中出现的各种缺陷,并优化工艺参数。本文介绍了充型过程数值模拟,凝固过程数值模拟的国内外发展状况,以及数值模拟技术在金属基复合材料中的应用,并指出了数值模拟技术在充型凝固过程中应用的发展方向。

合成球墨铸铁技术在轧辊生产中的应用

对复合轧辊所用合成球墨铸铁的增碳原理及实际生产工艺进行了论述,并分析了采用增碳工艺后合成球墨铸铁的组织和性能,结果表明,影响增碳吸收率的因素主要有增碳剂的粒度、熔炼过程中铁液的搅拌、铁液的化学成分、铁液饱和浓度、增碳剂加入量。采用增碳工艺后,铸铁组织明显改善,石墨均匀分布,且形态得到明显改善,石墨球化良好,未出现片状组织,铸件硬度提高,硬度更加均匀。

Fe-Cr-B-C合金中硬质相种类及其力学模量和硬度

采用中频感应熔炼炉熔炼制备了碳含量0.48%、铬含量12.58%、硼含量1.48%的Fe-Cr-B-C合金材料,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射仪对该合金的微观组织和物相组成进行了研究,采用第一性原理计算研究了硼化物硬质相的力学模量和硬度。结果表明,Fe-Cr-B-C合金的硬质相种类主要为Fe_2B和Fe_3B型,其形貌为连续的网络状共晶组织结构,Fe_2B的力学模量和硬度要高于Fe_3B,并且Cr元素的加入能够进一步提高Fe_2B和Fe_3B的力学模量和硬度。

大型破碎机复合锤头的研制与应用

针对市场上所使用的各种大型破碎机锤头,存在硬度低、强韧性和耐磨性差,使用寿命短,以及国外进口锤头多数都含有价格昂贵的钼、镍等合金元素,生产成本高等不足,开发成功了强韧性高和耐磨性好的复合锤头,复合锤头的锤端为高碳高铬铸铁,碳化物体积分数为42%~48%,具有高硬度和优良的强韧性和耐磨性,硬度在65 HRC以上,抗弯强度大于500 MPa,冲击韧度在5.5 J/cm^2以上。复合锤头以铬、硼为主要合金元素,不加价格昂贵的钼、镍等合金元素,并取消高温热处理,其寿命比高锰钢锤头提高5倍以上。

含硼高速钢轧辊的组织和性能探究

文章对含硼高速钢轧辊的组织和性能进行了研究。先对不同成分的含硼高速钢轧辊材料进行金相组织分析,再对含硼高速钢轧辊材料和硬度测试、磨损试验以及冲击韧性试验等进行了研究。研究发现,未经过变质的试样组织中的硼化合物在晶体的边界处呈连续网状分布,而经变质的试样材料组织细化,韧性及耐磨性有所提高。