鋁合金畢業(yè)設(shè)計(jì)


頁數(shù)：74 字?jǐn)?shù)：33744
包括中英文翻譯


目 錄
1 緒 論 1
1.1課題的背景和意義 1
1.2鋁合金變質(zhì)處理研究現(xiàn)狀 1
1.2.1雜質(zhì)和冷卻速率的影響 1
1.2.2變質(zhì)劑的影響 1
1.2.3品粒細(xì)化 1
1.3 319鋁合金熱處理研究現(xiàn)狀 1
1.4國內(nèi)外研究的不足 1
1.5本文主要研究?jī)?nèi)容及研究方法 1
2 B319鋁合金熱分析 1
2.1鋁合金消失模鑄造凝固特點(diǎn) 1
2.2 B319鋁合金熱分析 1
2.2.1變質(zhì)劑及晶粒細(xì)化劑對(duì)相析出溫度的影響 1
2.2.2合金元素鎂、錳對(duì)相析出溫度的影響 1
2.3本章小結(jié) 1
3 變質(zhì)對(duì)B319鋁合金組織的影響 1
3. 1實(shí)驗(yàn)方法 1
3.2 Sr對(duì)組織的影響 1
3.2.1 Sr對(duì)Si相的影響 1
3.2.2 Sr對(duì)Cu相的影響 1
3.2.3 Sr對(duì)Fe相的影響 1
3.3本章小結(jié) 1
4 晶粒細(xì)化處理對(duì)B319鋁合金組織性能的影響 1
4. 1實(shí)驗(yàn)方法 1
4.2晶粒細(xì)化劑對(duì)組織的影響 1
4.3稀土對(duì)B319鋁合金組織性能的影響 1
4.3.1稀土對(duì)組織的影響 1
4.3.2稀土對(duì)鋁件孔隙率的影響 1
4.3.3稀土對(duì)機(jī)械性能的影響 1
4.4 A15TiB與稀土的相互作用 1
4.5本章小結(jié) 1
5 B319鋁合金的熱處理 1
5.1實(shí)驗(yàn)方法 1
5.2熱處理工藝對(duì)組織的影響 1
5.2.1單步固溶處理 1
5.2.2二步固溶熱處理 1
5.3熱處理工藝對(duì)機(jī)械性能的影響 1
5.4本章小結(jié) 1
6 結(jié) 論 1
致 謝 1
參 考 文 獻(xiàn) 1
附錄A英文翻譯（原文） 1
附錄B英文翻譯（譯文） 1


1 緒 論
1.1課題的背景和意義
進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以來，采用干砂消失模鑄造法(LFC技術(shù))生產(chǎn)鋁合金汽車鑄件在歐美得以迅速發(fā)展。干砂消失模鑄造是一項(xiàng)完全不同于傳統(tǒng)濕砂型鑄造的全新技術(shù)。采用該技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕砂型進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)、應(yīng)用范圍廣等許多優(yōu)點(diǎn)。該鑄造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鑄件的輕量化和精密化，鑄件的尺寸精度可達(dá)CT6-8級(jí)，表面粗糙度Ra6.3-12.5 u m，與傳統(tǒng)砂型鑄造相比，可減少加工量10～30%，降低投資成本15～40%，并顯著提高生產(chǎn)效率，改善工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。該技術(shù)是鑄造工藝的一個(gè)重要發(fā)展方向，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)匯[1].
1962年美國人M. C. Fleming開始用干砂和EPS模生產(chǎn)鑄件。二十世紀(jì)八十年代初，干砂消失模鑄造專利的失效以及試驗(yàn)研究取得的進(jìn)展，為這一新工藝的工業(yè)應(yīng)用提供了極好的機(jī)遇。福特汽車公司率先在加拿大Essex工廠建立了生產(chǎn)100萬只鋁進(jìn)氣歧管的高度自動(dòng)化消失模鑄造生產(chǎn)線，揭開了這一新技術(shù)在先進(jìn)工業(yè)國家飛速發(fā)展的序幕。在不改變?cè)O(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)的前提下，采用干砂消失模鑄造法生產(chǎn)的鋁進(jìn)氣管鑄件比普通砂型鑄造法生產(chǎn)的重量輕2090左右，成本約下降20%，而發(fā)動(dòng)機(jī)功率可提高4%左右。1990年通用汽車公司在Saturn建成占地面積10萬㎡年產(chǎn)鑄件5.5萬噸的新鑄造廠，全自動(dòng)的EPC生產(chǎn)線有三條，其中一線生產(chǎn)319A1四缸體，二線生產(chǎn)兩種型號(hào)的319A1汽缸蓋，三線生產(chǎn)珠光體球鐵曲軸和兩種型號(hào)的傳動(dòng)差動(dòng)殼體。Fiat和Fata公司在意大利建造了兩個(gè)車間，用該法專門生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管，其中一個(gè)車間在生產(chǎn)率為50型/小時(shí)的自動(dòng)線上生產(chǎn)鋁進(jìn)氣管，一個(gè)鑄型可生產(chǎn)四個(gè)管件。英國Pexry Bar Mefal公司已將金屬型澆注法生產(chǎn)鋁合金鑄件改為氣化模鑄造法生產(chǎn)。目前，該公司向市場(chǎng)提供發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管、水泵和壓氣機(jī)殼體及其它零件。
二十世紀(jì)九十年代，德國大眾投資2000萬美元建造了四缸鋁合金缸體生產(chǎn)線。寶馬汽車公司建成了年產(chǎn)20萬件的六缸鋁合金缸蓋生產(chǎn)線。日本、荷蘭等國也在穩(wěn)步發(fā)展LFC技術(shù)，使之在鑄造生產(chǎn)中發(fā)揮其特有的優(yōu)勢(shì)。
可見，LFC技術(shù)己經(jīng)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家穩(wěn)定地發(fā)展起來，發(fā)達(dá)國家投入了相當(dāng)?shù)娜肆拓?cái)力研究和開發(fā)干砂消失模鑄造技術(shù)，并取得了巨大成功。對(duì)于復(fù)雜消失模鑄件，其公差可達(dá)到石膏型鑄件的水平。
二十世紀(jì)九十年代以來，我國消失模鑄造技術(shù)得到了較大發(fā)展。但我國消失模鑄造工廠生產(chǎn)鑄件的品種基本為鑄鐵和鑄鋼件。目前，我國采用消失模鑄造正式大批量生產(chǎn)鑄鋁件的廠家僅第一汽車廠一家。第一汽車集團(tuán)輕型發(fā)動(dòng)機(jī)廠從美國VULCAN公司引進(jìn)了制模成套設(shè)備及振功臺(tái)，與國內(nèi)其它設(shè)備配套組成生產(chǎn)線，用于大批量生產(chǎn)CA488發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金進(jìn)氣管，已于1993年正式投產(chǎn)。
目前有關(guān)LFC技術(shù)的研究主要集中在金屬液的充型特性、泡沫塑料模樣熱分解特性、干砂緊實(shí)特性以及鑄造工藝設(shè)計(jì)等方面。充型特性的研究主要包括鋁液流動(dòng)前沿的流動(dòng)形態(tài)、鋁液的流動(dòng)性、充型速度及影響充型的因素等方面。一些研究工作者采用冷淬法、高速攝影法、電極觸點(diǎn)法等對(duì)不同形狀的鋁合金鑄件的流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行了研究[2]，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了鋁液停止流動(dòng)的物理模型，提出了鋁液停止流動(dòng)的物理判據(jù)。另有一些學(xué)者在物理測(cè)試研究的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法，對(duì)消失模鑄造充型過程的溫度場(chǎng)和流動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行了研究，通過聯(lián)立質(zhì)量方程和動(dòng)量方程對(duì)三維消失模鑄造充型過程的流動(dòng)及傳熱進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，對(duì)消失模鋁鑄件的凝固過程做了數(shù)值模擬。探討了提高鋁液充型速度的方法，對(duì)提高消失模鑄造鋁液的充型能力有積極的作用。
在模樣熱分解特性的研究方面，采用差熱分析等技術(shù)研究了模樣在加熱過程中的熱破壞。利用磁帶儀、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及氣壓傳感器等組成的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同工藝條件下鋁合金干砂消失模鑄造聚苯乙烯模樣(EPS )熱解產(chǎn)物的氣體壓力進(jìn)行了測(cè)試[3]，認(rèn)為鋁合金消失模鑄造條件下，聚苯乙烯模樣熱解產(chǎn)物主要為液態(tài)，這對(duì)揭示鋁合金消失模鑄造特點(diǎn)具有積極的意義。
綜上所述，國內(nèi)外鑄造工作者對(duì)消失模鑄造技術(shù)進(jìn)行了大量有價(jià)值的研究，取得了許多成果，但由于對(duì)鋁合金LFC技術(shù)而言，當(dāng)前的主要問題是由于鑄型冷卻慢、以致鋁鑄件晶粒粗大、針孔嚴(yán)重，阻礙著該項(xiàng)新技術(shù)的推廣應(yīng)用。而目前有關(guān)LFC技術(shù)的研究主要集中在金屬液的充型特性、泡沫塑料模樣熱分解特性、干砂緊實(shí)特性以及鑄造工藝設(shè)計(jì)等方面。缺少有關(guān)鋁件組織、性能方面的研究，因此有必要針對(duì)消失模鑄造特點(diǎn)，深入開展鋁液變質(zhì)、晶粒細(xì)化及熱處理等方面的研究工作，促進(jìn)該項(xiàng)新技術(shù)在汽車零件生產(chǎn)上的進(jìn)一步應(yīng)用。

1.2鋁合金變質(zhì)處理研究現(xiàn)狀
共晶Si形貌(即其顆粒尺寸和形狀)在決定Al-Si合金鑄件機(jī)械性能方面起到重要作用。在通常的冷卻條件卜，粗大的針狀Si粒往往作為裂紋源而降低鋁件的機(jī)械性能。通過快速凝固或加入少量的Sr或Na到熔體中可以改變Si相的形貌，使共晶硅從粗大的針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小纖維狀或?qū)悠瑺?，以提高鋁件的機(jī)械性能。決定共晶Si微觀結(jié)構(gòu)的參數(shù)包括:變質(zhì)劑的類型、變質(zhì)劑的數(shù)量、熔休中存在的雜質(zhì)、合金的含Si量以及冷卻速率。
1.2.1雜質(zhì)和冷卻速率的影響
文獻(xiàn)[ 4]的研究表明，通過提高Al的純度可以獲得變質(zhì)組織。指出工業(yè)Al-Si合金中通常含有富P和富A1的AlP顆粒，在低的過冷度下AlP顆粒可有效地使Si相形核，并形成粗大的片狀Si粒。通過把合金純度從99.995%提高到99.9999%，發(fā)現(xiàn)在不加入其它物質(zhì)或快速激冷的情況下可使Si相得到細(xì)化。在0.0025%的P量下，共晶Al-Si熔體中沒有足夠的AIP粒子作為Si的有效異質(zhì)形核核心，從而阻礙廠粗大的片狀Si粒的形成。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，采用這樣高純的Al-Si合金是不切實(shí)際的。
盡管粗大的片狀Si粒可由AlP顆粒形核，但在快速凝固條件下，P和Al沒有足夠的時(shí)間相結(jié)合以形成AlP顆粒。因此，通過快速凝固，在沒有化學(xué)變質(zhì)劑的情況下，可以獲得激冷變質(zhì)。但從實(shí)際應(yīng)用的角度來說，除了壓鑄外，在工業(yè)鑄件生產(chǎn)中采用激冷變質(zhì)的意義不大。因此，通常采用變質(zhì)劑對(duì)鋁合金進(jìn)行變質(zhì)。