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双金属复合铸造工艺的研究

作　者: 张军
导　师: 吴振卿
学　校: 郑州大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镶铸双金属复合感应加热界面锤头
分类号: TG249.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着工业的发展，耐磨金属的需求量越来越大，同时对耐磨金属的性能也提出了新的要求。但是一种材料同时具有高韧性和高强度这两种性能在实际中很难发现。而双金属复合材料正好满足这些要求。双金属复合材料可用于表面要求良好的耐磨性，整体要求具有很高的韧性，而采用单一材料无法满足的重要部件。为此双金属复合铸造工艺的研究就显得相当重要。本文采用复合铸造工艺制备高铬铸铁／碳钢复合锤头，重点讨论工艺参数对界面结合的影响。最终确定适宜生产的简单高效的双金属复合铸造工艺，得出优化的工艺参数。锤式破碎机的锤头的韧性和耐磨性要求都非常高。综合考虑，外材选用高铬铸铁，通过控制化学成分和热处理工艺能形成耐磨基体和高硬度碳化物，因此抗磨性较好。芯材选用碳钢，不同的热处理工艺对它影响较小。选用这两种材料的复合加上优化的工艺条件可以实现两种金属冶金结合。本文在给定高铬铸铁的浇注温度与碳钢的预热温度的情况下计算出两者结合的体积比，同时在体积比下研究了高铬铸铁的浇注温度与碳钢的预热温度的关系。选择合适的体积比、高铬铸铁的浇注温度与碳钢的预热温度是非常重要的。高铬铸铁导热率低，凝固过程表面和内部会出现较陡峭的温度梯度，为了避免热应力的产生，淬火过程包括加热、在奥氏体温度下进行脱稳处理、冷却三个步骤。对试样的金相组织研究分析表明：高铬铸铁在冷却的过程中将过热热量带给了碳钢，随着工艺参数的优化，界面原子通过扩散迁移使界面结合由机械结合过渡到冶金结合，复合层呈犬牙交错状最好。复合层组织为断续分布的Cr₇C₃共晶碳化物、马氏体和少量残余奥氏体，基体组织为珠光体+铁素体。对试样的力学性能研究分析表明：提高浇注时复合试样的整体温度有利于加大界面两侧的原子扩散的数量，使扩散层变宽，对提高界面的结合强度有利。适当的提高高铬铸铁的浇注温度和碳钢的预热温度以及增大液固体积比是增强界面结合力学性能的关键。显微硬度表明：机械结合的界面存在脆性相；剪切强度表明：提高体积比可以明显提高界面结合强度，同时体积比过大时也明显降低锤头的整体强韧性。增加芯材的预热温度和高铬铸铁的浇注温度可以提高界面结

全文目录

郑重声明  3-4
摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-24
  1.1 研究的目的及意义  11-13
  1.2 国内外双金属复合铸造的发展与研究  13-15
  1.3 常用双金属复合工艺及存在问题  15-20
  1.4 双金属复合材料界面结合机制  20-21
  1.5 研究目标和研究内容  21-22
  1.6 研究的技术路线  22-24
第二章双金属复合的试验方案  24-41
  2.1 高铬铸铁/碳钢的成分确定  24-30
    2.1.1 复合材料的选材依据  24-25
    2.1.2 材质选取  25-30
  2.2 复合工艺制定方案  30-37
    2.2.1 镶铸体积比设计  31-32
    2.2.2 芯材的表面处理和预热  32-33
    2.2.3 复合铸造工艺  33-36
    2.2.4 热处理工艺  36-37
  2.3 试验测试技术  37-41
    2.3.1 总体方案路线  37-38
    2.3.2 双金属界面结合的测试  38-41
      2.3.2.1 金相显微组织测试  38-39
      2.3.2.2 硬度测试  39
      2.3.2.3 剪切强度测试  39
      2.3.2.4 剥离强度测试  39-41
第三章双金属复合界面的结合形貌和影响因素  41-58
  3.1 引言  41
  3.2 工艺参数对界面结合组织的影响  41-51
    3.2.1 镶铸体积比对界面结合的影响  43-46
    3.2.2 芯材表面状态对界面结合的影响  46-49
    3.2.3 外材金属液对界面结合的影响  49-51
  3.3 工艺参数对界面结合性能的影响  51-57
    3.3.1 工艺参数对界面显微硬度的影响  51-52
    3.3.2 工艺参数对界面结合强度的影响  52-57
      3.3.2.1 工艺参数对界面剪切强度的影响  52-55
      3.3.2.2 工艺参数对界面剥离强度的影响  55-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章感应预热双金属复合工艺的研究  58-69
  4.1 引言  58-59
  4.2 感应加热的基本知识  59-61
    4.2.1 电磁感应和感应加热  59-60
    4.2.2 透入深度和集肤效应  60-61
  4.3 工艺研制过程  61-65
    4.3.1 工艺的设计思想和锤头生产设计图  61
    4.3.2 预热装置设计  61-64
      4.3.2.1 感应线圈截面设计  62-63
      4.3.2.2 感应线圈截面尺寸设计  63-64
      4.3.2.3 感应线圈内径设计  64
    4.3.3 冒口设计  64
    4.3.4 热处理工艺  64-65
  4.4 感应加热频率变化对锤头界面结合的影响  65-67
  4.5 锤头性能测试和使用效果  67-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章结论与展望  69-71
  5.1 全文总结  69-70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间撰写及发表的学术论文  76

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