柴油机活塞用耐磨镶圈材料配方及铸造工艺研究

作     者：赵亮 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：严宏志;易绿林

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：柴油机活塞 耐磨镶圈 离心铸造 铸造工艺 仿真分析 

摘      要：为应对柴油机活塞日益苛刻的工作环境要求,活塞头部通常在一环槽部位镶铸耐磨镶圈,耐磨镶圈材料采用高镍奥氏体铸铁,但随着国内外市场镍、铜价格猛增,致使现有耐磨镶圈材料成本大幅上升,现有材料的劣势逐渐显现;另外,随着国Ⅵ升级切换中活塞强化指标的不断提高,对镶圈材料综合性能的要求也在提高,因此研制新型镶圈材料极为重要,由此,本文开展了柴油机活塞用耐磨镶圈材料及其生产工艺的研究,主要研究内容如下:对柴油机活塞、耐磨镶圈进行了理论研究和分析。通过查阅大量相关资料,从理论上分析了柴油机活塞、耐磨镶圈的基本结构及它们的工作原理,明确了耐磨镶圈的工作环境和耐磨镶圈材料要求,并简要介绍了常见耐磨镶圈生产工艺流程和活塞毛坯生产工艺流程。研究确定了一种较低成本耐磨镶圈材料配方。基于现有镶圈材料配方通过正交试验、金相分析、拉伸试样试验等方法,研究了不同化学成分的奥氏体铸铁,并进行性能分析,选取了一种较低成本、耐磨性能好、热膨胀系数与铝合金接近的耐磨镶圈材料配方,新配方减少了贵重金属含量。采用Magma软件仿真镶圈离心浇铸过程。通过仿真分析对比不同的模具温度、浇铸温度、离心转速和冷却参数对镶圈关键点冷却曲线的影响,通过不同条件下镶圈材料化合相及组织缺陷分析,确定了较为优良的工艺方案。结合工程实际开展了离心铸造工艺研究。通过改变离心转速,研究了最佳试验配方下奥氏体铸铁材料铸件的质量和性能表现等,确定了最佳试验配方奥氏体铸铁材料的热加生产工艺参数。即在浇铸温度1450℃、模具温度280℃、离心转速1300rpm时能够获得铸造性能优良、金相组织较优的耐磨镶圈铸坯。