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低压铸造铝合金车轮铸造工艺优化以组织性能研究

作　者: 和双双
导　师: 米国发；傅恒志
学　校: 河南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝合金车轮低压铸造数值模拟铸造缺陷热处理
分类号: U463.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铝合金车轮是汽车上极为重要的行驶部件与安全部件,采用低压铸造工艺进行生产可以使铸件表面质量及力学性能大大提高,但由于产品结构较为复杂,在铸造过程中容易产生一些缺陷。本文以低压铸造A356铝合金车轮为研究对象,通过对其铸造过程中流场、温度场进行数值模拟,获得不同时刻金属流态、凝固过程温度分布的重要参数,预测铸件中的缩孔、疏松等缺陷的形成位置和机理。并研究了不同热处理工艺和铸造工艺对合金组织及力学性能的影响。对初始方案进行数值模拟,结果表明:初始方案充型速度较小,整个充型过程平稳,未出现飞溅和卷气。充型结束后能够及时的升压,保证了凝固过程的补缩,所以充型过程较为合理。但是凝固过程中温度场分布不均匀,在铸件的厚大部位存在着较大的热节,由于补缩通道较早凝固,造成厚大部位出现较大的液体孤岛,凝固后出现缩孔、缩松缺陷,模拟结果与X射线探伤测试结果基本吻合,因此需要对初始方案进行工艺改进。通过在下模和上模设置冷却管,同时在侧模外围填充保温棉的改进方案,能够基本消除车轮铸造过程中出现的缩孔、缩松等缺陷。不同的铸造工艺和热处理工艺均对A365铝合金车轮的组织和性能有重要的影响。研究表明:最佳的T6热处理工艺为固溶温度535±5℃,固溶时间3h;淬火水温60℃,淬火时间2h,时效温度160±5℃,时效时间3h。采用改进方案生产的车轮,因铸造缺陷的减少,关键部位力学性能相对于初始方案下同部位的力学性能有一定程度的提高。初始方案生产的车轮在轮辋与轮辐连接处存在着铸造缺陷,这些孔洞类铸造缺陷对合金的冲击韧性产生不利的影响。改进方案基本上消除了这些铸造缺陷,整轮的冲击性能和动态弯曲疲劳性能,均满足了实际使用要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-23
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 铝合金车轮的发展概况  9-11
    1.2.1 铝合金车轮的演变  9
    1.2.2 铝合金车轮工业的现状和发展  9-11
  1.3 A356 合金研究现状  11-15
    1.3.1 合金元素对A356 合金组织和性能的影响  11-13
    1.3.2 熔体复合处理对A356 合金组织和性能的影响  13-15
  1.4 铝合金车轮的低压铸造  15-17
    1.4.1 低压铸造概况  15-16
    1.4.2 国内低压铸造存在的问题  16-17
  1.5 铸件充型与凝固过程数值模拟技术的发展概况  17-22
    1.5.1 凝固过程数值模拟  17-18
    1.5.2 充型过程数值模拟  18-19
    1.5.3 数值模拟软件的发展  19-21
    1.5.4 数值模拟技术在低压铸造中的应用和发展  21-22
  1.6 本文主要研究内容  22-23
2 铝合金车轮材料及实验方法  23-31
  2.1 铝合金车轮的材料  23
  2.2 实验方案  23-25
    2.2.1 熔炼及浇注工艺  23-24
    2.2.2 热处理工艺  24-25
  2.3 试样制备及实验检测方法  25-31
    2.3.1 合金含气量的测定  25
    2.3.2 拉伸性能测试  25-26
    2.3.3 硬度测试  26-27
    2.3.4 整轮冲击性能实验  27-28
    2.3.5 整轮动态弯曲疲劳实验  28-29
    2.3.6 气密性实验  29-30
    2.3.7 显微组织观察分析  30-31
3 铝合金车轮低压铸造工艺数值模拟及优化  31-54
  3.1 铸件低压铸造工艺设计  32-37
    3.1.1 升液阶段参数的确定  32-33
    3.1.2 充型阶段参数的确定  33-34
    3.1.3 增压保压阶段参数的确定  34-36
    3.1.4 浇注温度和铸型温度的确定  36-37
  3.2 数学模型的建立  37-39
    3.2.1 铸件充型过程流场、温度场数学模型  37-38
    3.2.2 铸件凝固过程温度场数学模型  38-39
  3.3 铸造工艺模拟与分析  39-46
    3.3.1 初始条件及边界条件的确定  39-41
    3.3.2 网格划分  41-42
    3.3.3 初始方案的数值模拟结果与分析  42-46
  3.4 铸造工艺改进方案的设计  46-49
    3.4.1 工艺参数  47
    3.4.2 模具涂料厚度  47
    3.4.3 冷却管的设置  47-48
    3.4.4 保温棉的设置  48-49
  3.5 工艺改进后的数值模拟结果与分析  49-53
    3.5.1 工艺改进后凝固过程模拟结果与分析  49-52
    3.5.2 实际生产分析  52-53
  3.6 本章小结  53-54
4 热处理工艺和铸造工艺对A356 合金力学性能的影响  54-69
  4.1 热处理强化机理  54-56
  4.2 热处理工艺对合金显微组织的影响  56-57
  4.3 热处理工艺对合金力学性能的影响  57-64
    4.3.1 固溶时间对合金力学性能的影响  57-58
    4.3.2 淬火处理对合金力学性能的影响  58-60
    4.3.3 时效时间对合金力学性能的影响  60-61
    4.3.4 不同热处理工艺的显微组织分析  61-62
    4.3.5 不同热处理工艺的拉伸性能和断口形貌  62-64
  4.4 铸造工艺对车轮力学性能的影响  64-67
    4.4.1 铸造工艺对车轮拉伸性能的影响  64-65
    4.4.2 铸造工艺对车轮冲击性能的影响  65-66
    4.4.3 铸造工艺对车轮动态弯曲疲劳性能的影响  66-67
  4.5 本章小结  67-69
5 结论  69-70
参考文献  70-75
作者简历  75-76
学位论文数据集  76

低压铸造铝合金车轮铸造工艺优化以组织性能研究

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