畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-雙金屬?gòu)?fù)合錘頭生產(chǎn)工藝及性能的研究.doc

0鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：雙金屬?gòu)?fù)合錘頭生產(chǎn)工藝及性能的研究ResearchonProductionTechnologyandPerformanceofBimetalHammers指導(dǎo)教師：職稱(chēng)：教授學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專(zhuān)業(yè)：材料成型及控制工程院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院完成時(shí)間：2008年5月30日2008年6月2日i摘要本文采用鑲鑄工藝鑄造雙金屬?gòu)?fù)合錘頭。錘端材料為含鉻量18%的高鉻鑄鐵，錘柄材料為型號(hào)ZG35的中碳鋼。造型時(shí)錘端和澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道的成型分別采用木模和消失模模型。先鑄造出錘柄材料，再在欲復(fù)合端澆注高鑄鐵液。復(fù)合時(shí)將砂型整體放頻率為1400HZ的入感應(yīng)線(xiàn)圈中感應(yīng)加熱，加熱過(guò)程中消失模受熱汽化。當(dāng)錘柄升到預(yù)定溫度(800左右)時(shí)，開(kāi)始澆注復(fù)合層金屬液。所得的界面為完全冶金結(jié)合。澆注溫度為1500。復(fù)合部分經(jīng)熱處理后組織為Cr7C3共晶碳化物+馬氏體+少量殘奧，基體為珠光體+鐵素體。HRC58，ak6Jcm2。錘頭使用壽命是同等工況下高錳鋼的5倍左右。關(guān)鍵詞：雙金屬；錘頭；型內(nèi)感應(yīng)加熱；消失模。iiAbstractTheinlaycastingwasusedtocastthebi-metalhammerinthispaper.Thehammerheadofbi-metalhammerismadeupofhigh-chromiumcastironandbasematrixmaterialofhammerhandleisZG35.Thecombiningtechnologyiscarriedoutbyin-moldinductionheatingwithafrequencyof1400HZ.Thehammerhandlewithfoampatternofhammerheadisplacedinthesandmoldwhenmolding.Thehammerhandlewasfistcastedandthenwasthehammerhead.Thesandmoldwiththehammerhandlesandfoampatternofhammerheadiswhollyplacedintheinduction-heatring.Thehammerhandleispreheatedbytheintermediatefrequencyinductionheating.Whileitstemperatureisraisingthefoampatternisgraduallyvaporized.Thepourisbegunwhenthetemperature(about800)isreached.Thecompositeinterfaceofbi-metaliswhollymetallurgicalbonding.ThecompositebedisCr7C3eutecticcarbide+martensite+littleresidualaustenite.HRC58,ak6Jcm2.Matrixispearlier+ferrite.Theservicelifeofthiskindofhammerisabout5timesoverausteniticmanganesesteel.Keywords:Bi-metal；Hammer；In-moldinductionheating；Lostformcasting.I目錄摘要.iAbstract.ii1概述.11.1研究的目的和意義.11.2常用雙金屬?gòu)?fù)合工藝現(xiàn)狀及發(fā)展.11.3研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容.32實(shí)驗(yàn)方法.42.1工況分析.42.2成分設(shè)計(jì).52.3加工工藝與過(guò)程.72.2.1復(fù)合工藝方案的制定.72.2.2復(fù)合鑄造工藝.82.2.3熱處理工藝.92.4高鉻鑄鐵的組織觀測(cè)和性能測(cè)試.102.4.1硬度的測(cè)試.102.4.2沖擊韌性的測(cè)定.112.4.3金相組織觀察.112.5雙金屬結(jié)合界面的測(cè)試.113實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論.123.1高鉻鑄鐵的性能測(cè)試.123.2高鉻鑄鐵的金相組織的觀察.123.2雙金屬?gòu)?fù)合材料界面的測(cè)試結(jié)果.134結(jié)論.15參考文獻(xiàn).16附件1.18附件2.19附件3.20附件4.21附件5.22外文翻譯.23外文原文.30致謝.3511概述1.1研究的目的和意義隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料的要求日益提高，單一材料的零件難以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程中多方面的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，有些部件常要求材料既有良好的韌性，以抵抗工作過(guò)程中物料的沖擊作用，防止部件發(fā)生意外斷裂，同時(shí)又要求其具有高的硬度及優(yōu)良的磨損性能。對(duì)于單一成分的材料，難以同時(shí)具有高韌性、高硬度和高耐磨性。為此，生產(chǎn)中常采用復(fù)合工藝進(jìn)行生產(chǎn)。復(fù)合雙金屬材料能在零件不同部位提供不同性能，通過(guò)表面材料與芯部材料的合理組合，可以使材料獲得所需的冶金性能。雙金屬?gòu)?fù)合鑄件不僅可同時(shí)擁有良好的力學(xué)性能和高的使用壽命，而且適用面廣、成本低廉。目前常用的復(fù)合鑄造工藝分為液液和液固兩大類(lèi)，其中又因液固復(fù)合鑄造幾乎不受鑄件形狀的影響以及其制造工藝簡(jiǎn)單，所以越來(lái)越受到人們的重視界面是復(fù)合材料特有的極其重要的組成部分，雙金屬?gòu)?fù)合材料的性能與界面性質(zhì)密切相關(guān)。而復(fù)合工藝，直接關(guān)系到復(fù)合材料性能的發(fā)揮，因此對(duì)復(fù)合工藝進(jìn)行研究不僅具有較高的理論價(jià)值，而且具有一定的實(shí)用價(jià)值。11.2常用雙金屬?gòu)?fù)合工藝現(xiàn)狀及發(fā)展雙金屬?gòu)?fù)合材料生產(chǎn)方法主要有：爆炸復(fù)合法、擴(kuò)散焊接法、堆焊法、軋制復(fù)合法、擠壓復(fù)合法和鑄造復(fù)合法等。爆炸復(fù)合的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合界面上看不到明顯的擴(kuò)散層，不會(huì)生成脆性的金屬間化合物，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)是由于射流的作用使復(fù)合界面呈波浪形，同時(shí)由于炸藥的存放、爆破地點(diǎn)的選擇、噪音的處理、人身安全的保障及污染嚴(yán)重等一系列問(wèn)題而使得該法不易被推廣使用。擴(kuò)散焊接是一種精密連接方法，特別適合于異種金屬材料、復(fù)合材料等之間的連接。擴(kuò)散焊接是在溫度和壓力的共同作用下完成的，但連接壓力不能引起試件的宏觀塑性變形。固相擴(kuò)散焊接時(shí)母材不發(fā)生熔化，液相擴(kuò)散焊接時(shí)靠近界面處母材僅發(fā)生少量熔化。堆焊法是采用普通鋼材作為基體，在基體上堆焊一層或多層耐磨合金，使這些合金與金屬基體表面達(dá)到金屬冶金結(jié)合，形成雙金屬?gòu)?fù)合材料從而達(dá)到零件表面耐磨的目的。堆焊前需對(duì)基進(jìn)行徹底的清理，對(duì)操作工人技術(shù)要求高，如果操作方法和工藝不當(dāng)易出現(xiàn)堆焊層脫落、開(kāi)裂和剝落、氣孔等缺陷，焊渣不易清理。不適用于于大平面工件，而且成本高。軋制復(fù)合法一般分為熱軋復(fù)合法和冷軋復(fù)合法等。熱軋復(fù)合法是將待軋制金屬材料加2熱到在再結(jié)晶以上的軋制。金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行軋制變形叫冷軋，一般指不經(jīng)加熱而在室溫直接進(jìn)行軋制加工。冷軋固相復(fù)合法加工溫度低，所生產(chǎn)的復(fù)合帶材具有綜合強(qiáng)度高，復(fù)層厚度變化范圍廣且層厚比穩(wěn)定，尺寸精度高等特點(diǎn)。擠壓復(fù)合法是先把界面清潔的組元金屬組裝成擠壓坯，選定合適的擠壓比和溫度等參數(shù)擠壓成型，是清潔金屬表面在壓力的作用下實(shí)現(xiàn)界面的冶金結(jié)合。擠壓復(fù)合法主要用于生產(chǎn)雙金屬管、棒、線(xiàn)材。鑄造復(fù)合法是應(yīng)用最早的制備層狀金屬?gòu)?fù)合材料的一種方法。鑄造復(fù)合法又具體有鑄滲法、雙液雙金屬?gòu)?fù)合法、鑲鑄法等。鑄滲法是將一定成分的合金粉末調(diào)成涂料或預(yù)制成塊，涂刷(或放)在鑄型的特定部位（需要提高表面性能的部位）。通過(guò)澆注時(shí)金屬液浸透涂料(或預(yù)制塊)的毛細(xì)孔隙，使合金粉末熔解、融化，并與基體金屬融合為一體，從而在鑄件表面上形成一層具有特殊組織和性能的復(fù)合層。此方法具有合金層深度大，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是存在如下問(wèn)題：其一，鑄滲過(guò)程中產(chǎn)生的氣體、熔渣等不能及時(shí)排出，在合金化層中形成氣孔、夾渣，合金層質(zhì)量較難控制。其二，鑄滲效果對(duì)工藝參數(shù)的變化較為敏感，必須具備良好的設(shè)備條件和嚴(yán)格的工藝條件才能在批量生產(chǎn)中得到質(zhì)量穩(wěn)定可靠的鑄滲件。雙液雙金屬?gòu)?fù)合法的兩種金屬較易形成質(zhì)量良好的冶金結(jié)合，雙金屬?gòu)?fù)合管件，目前雙金屬?gòu)?fù)合管主要采用離心鑄造法，將固體外套和液體金屬在離心條件下復(fù)合成型。如耐磨套筒，其外層為低碳鋼，內(nèi)層為高鉻鑄鐵。通過(guò)冶金離心鑄造熱處理等工藝，使套筒過(guò)度層組織逐漸變化而結(jié)合為一個(gè)整體，耐磨性能大大提高。但是此工藝需要兩臺(tái)熔煉爐同時(shí)進(jìn)行兩種金屬的熔煉并同時(shí)澆注，其工藝過(guò)程較復(fù)雜，并且難以控制。此外，該工藝在實(shí)際應(yīng)用上也有其局限性，只適用于形狀簡(jiǎn)單的鑄件而無(wú)法用于形狀復(fù)雜的鑄件。2鑲鑄復(fù)合法是將一種材料(固相)和另一種材料(液相)在鑄模內(nèi)進(jìn)行組合，利用金屬液的熱量，在鑄件凝固時(shí)使液相材料與基體結(jié)合在一起的工藝。鑲鑄工藝操作簡(jiǎn)單，形狀簡(jiǎn)單或復(fù)雜的耐磨鑄件都可以加工，生產(chǎn)成本低，鑄件綜合性能優(yōu)越，是雙金屬?gòu)?fù)合鑄造中近乎完美的一種工藝方法。雙金屬?gòu)?fù)合鑄造工藝已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到良好的發(fā)展。常見(jiàn)的復(fù)合錘頭鑲鑄工藝可歸結(jié)為鑲塊、預(yù)置錘柄和預(yù)置錘端三種工藝。鑲塊工藝是采用類(lèi)似固定內(nèi)冷鐵的方法將具有一定形狀的耐磨合金塊（高鉻鑄鐵）固定在錘頭型腔的端部，利用隨后澆入的高溫金屬液的熱量，在鑄件凝固過(guò)程中使耐磨金屬塊與基體結(jié)合在一起。由于鑄件的形狀決定鑲塊的大小和數(shù)量均受到限制，使用中可能會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。預(yù)置錘端的復(fù)合方法是將錘頭使用過(guò)程中真正起破碎作用的端部采用耐磨合金（高鉻鑄鐵）預(yù)制成形，放入錘頭型腔內(nèi)然后澆入錘柄金屬（普通碳鋼），從而實(shí)現(xiàn)端部與錘柄間的結(jié)合，通常兩者結(jié)合部位被設(shè)計(jì)成燕尾的形式以增加結(jié)合的可靠程度。由于后澆入鋼液溫度較高，高鉻鑄鐵產(chǎn)生熱應(yīng)力交變較大，容易出現(xiàn)裂紋。預(yù)置錘柄的復(fù)合方法是將普通碳鋼的錘柄預(yù)置在錘頭型腔內(nèi)，然后澆入高鉻鑄鐵金屬3液，并使高鉻鑄鐵包覆在錘柄的四周。通常芯材采用鏤空方式，達(dá)到了機(jī)械和冶金的兩重結(jié)