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

0鄭州大學畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：雙金屬復合錘頭生產(chǎn)工藝及性能的研究ResearchonProductionTechnologyandPerformanceofBimetalHammers指導教師：職稱：教授學生姓名：學號：專業(yè)：材料成型及控制工程院（系）：材料科學與工程學院完成時間：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復合錘頭。錘端材料為含鉻量18%的高鉻鑄鐵，錘柄材料為型號ZG35的中碳鋼。造型時錘端和澆注系統(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，再在欲復合端澆注高鑄鐵液。復合時將砂型整體放頻率為1400HZ的入感應線圈中感應加熱，加熱過程中消失模受熱汽化。當錘柄升到預定溫度(800左右)時，開始澆注復合層金屬液。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常用雙金屬復合工藝現(xiàn)狀及發(fā)展.11.3研究目標和研究內(nèi)容.32實驗方法.42.1工況分析.42.2成分設(shè)計.52.3加工工藝與過程.72.2.1復合工藝方案的制定.72.2.2復合鑄造工藝.82.2.3熱處理工藝.92.4高鉻鑄鐵的組織觀測和性能測試.102.4.1硬度的測試.102.4.2沖擊韌性的測定.112.4.3金相組織觀察.112.5雙金屬結(jié)合界面的測試.113實驗結(jié)果與討論.123.1高鉻鑄鐵的性能測試.123.2高鉻鑄鐵的金相組織的觀察.123.2雙金屬復合材料界面的測試結(jié)果.134結(jié)論.15參考文獻.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，對材料的要求日益提高，單一材料的零件難以滿足生產(chǎn)過程中多方面的要求。在實際生產(chǎn)中，有些部件常要求材料既有良好的韌性，以抵抗工作過程中物料的沖擊作用，防止部件發(fā)生意外斷裂，同時又要求其具有高的硬度及優(yōu)良的磨損性能。對于單一成分的材料，難以同時具有高韌性、高硬度和高耐磨性。為此，生產(chǎn)中常采用復合工藝進行生產(chǎn)。復合雙金屬材料能在零件不同部位提供不同性能，通過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。雙金屬復合鑄件不僅可同時擁有良好的力學性能和高的使用壽命，而且適用面廣、成本低廉。目前常用的復合鑄造工藝分為液液和液固兩大類，其中又因液固復合鑄造幾乎不受鑄件形狀的影響以及其制造工藝簡單，所以越來越受到人們的重視界面是復合材料特有的極其重要的組成部分，雙金屬復合材料的性能與界面性質(zhì)密切相關(guān)。而復合工藝，直接關(guān)系到復合材料性能的發(fā)揮，因此對復合工藝進行研究不僅具有較高的理論價值，而且具有一定的實用價值。11.2常用雙金屬復合工藝現(xiàn)狀及發(fā)展雙金屬復合材料生產(chǎn)方法主要有：爆炸復合法、擴散焊接法、堆焊法、軋制復合法、擠壓復合法和鑄造復合法等。爆炸復合的優(yōu)點是復合界面上看不到明顯的擴散層，不會生成脆性的金屬間化合物，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。缺點是由于射流的作用使復合界面呈波浪形，同時由于炸藥的存放、爆破地點的選擇、噪音的處理、人身安全的保障及污染嚴重等一系列問題而使得該法不易被推廣使用。擴散焊接是一種精密連接方法，特別適合于異種金屬材料、復合材料等之間的連接。擴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。固相擴散焊接時母材不發(fā)生熔化，液相擴散焊接時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到金屬冶金結(jié)合，形成雙金屬復合材料從而達到零件表面耐磨的目的。堆焊前需對基進行徹底的清理，對操作工人技術(shù)要求高，如果操作方法和工藝不當易出現(xiàn)堆焊層脫落、開裂和剝落、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。軋制復合法一般分為熱軋復合法和冷軋復合法等。熱軋復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)晶溫度以下進行軋制變形叫冷軋，一般指不經(jīng)加熱而在室溫直接進行軋制加工。冷軋固相復合法加工溫度低，所生產(chǎn)的復合帶材具有綜合強度高，復層厚度變化范圍廣且層厚比穩(wěn)定，尺寸精度高等特點。擠壓復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現(xiàn)界面的冶金結(jié)合。擠壓復合法主要用于生產(chǎn)雙金屬管、棒、線材。鑄造復合法是應用最早的制備層狀金屬復合材料的一種方法。鑄造復合法又具體有鑄滲法、雙液雙金屬復合法、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）。通過澆注時金屬液浸透涂料(或預制塊)的毛細孔隙，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合層。此方法具有合金層深度大，生產(chǎn)工藝簡便，成本低等優(yōu)點，但是存在如下問題：其一，鑄滲過程中產(chǎn)生的氣體、熔渣等不能及時排出，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。雙液雙金屬復合法的兩種金屬較易形成質(zhì)量良好的冶金結(jié)合，雙金屬復合管件，目前雙金屬復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。通過冶金離心鑄造熱處理等工藝，使套筒過度層組織逐漸變化而結(jié)合為一個整體，耐磨性能大大提高。但是此工藝需要兩臺熔煉爐同時進行兩種金屬的熔煉并同時澆注，其工藝過程較復雜，并且難以控制。此外，該工藝在實際應用上也有其局限性，只適用于形狀簡單的鑄件而無法用于形狀復雜的鑄件。2鑲鑄復合法是將一種材料(固相)和另一種材料(液相)在鑄模內(nèi)進行組合，利用金屬液的熱量，在鑄件凝固時使液相材料與基體結(jié)合在一起的工藝。鑲鑄工藝操作簡單，形狀簡單或復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，是雙金屬復合鑄造中近乎完美的一種工藝方法。雙金屬復合鑄造工藝已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到良好的發(fā)展。常見的復合錘頭鑲鑄工藝可歸結(jié)為鑲塊、預置錘柄和預置錘端三種工藝。鑲塊工藝是采用類似固定內(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，使用中可能會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。預置錘端的復合方法是將錘頭使用過程中真正起破碎作用的端部采用耐磨合金（高鉻鑄鐵）預制成形，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)生熱應力交變較大，容易出現(xiàn)裂紋。預置錘柄的復合方法是將普通碳鋼的錘柄預置在錘頭型腔內(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，達到了機械和冶金的兩重結(jié)