汽车修边模双液复合铸造工艺及界面组织性能研究

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汽车覆盖件模具是汽车行业十分基础的工艺装备,90%以上的汽车零部件都依赖模具成形,传统的镶块拼接工艺及堆焊工艺已不能满足实际生产需求,因此开发汽车模具的新技术和新工艺成为当前模具行业急需解决的问题。本文采用双液复合铸造工艺制造双金属汽车修边模具,工作面材质为低合金钢、基座材质为HT300。首先采用ProCAST软件及相关理论优化了铸造工艺方案和铸造工艺参数;其次铸造生产具有模具典型结构的阶梯试块,研究浇注间隔时间对阶梯试块成形性和铸件质量的影响,采用光学显微镜、扫描电镜、Instron-3382型力学性能试验机、显微硬度计等,研究了工艺参数对双金属模具复合铸件过渡层的显微组织、力学性能、过渡层厚度的影响规律,探讨了复合界面的结合机理。论文的主要结论如下:(1)采用消失模铸造工艺制造双金属汽车修边模具时,选择“钢下铁上”的造型方式、树脂砂造型、平做平浇工艺、设计二套浇注系统,先浇注低合金钢,后浇注灰铸铁基座;双金属修边模具中的刃口部分选择侧注式浇注形式,灰铸铁应选择底注式浇注形式,且灰铸铁部分的内浇口与低合金钢的溢流口都位于双金属的分界面上;该铸造工艺方案是合理可行的。(2)采用Procast软件和理论公式计算确定了最佳的双金属浇注间隔时间为50-120s、低合金钢浇注温度为1530-1550℃,灰铸铁浇注温度为1350-1380℃;在本实验条件下,具有汽车修边模具典型结构的阶梯试块双金属复合铸造最佳的浇注间隔时间为90s,该工艺生产的铸件复合界面清晰、致密,无明显缩孔、缩松等铸造缺陷。(3)双金属试样由钢基体区、过渡区和铁基体区三个区域组成。过渡区呈犬牙状/锯齿形结构,最佳过渡层厚度约为400gm,界面附近Cr和Si等元素呈梯度分布,最佳过渡层的结合机制以冶金结合为主,扩散结合、机械结合为辅。(4)复合界面两侧硬度呈梯度分布,其抗拉强度达到339MPa,断裂位置出现在灰铸铁一侧,双金属界面的结合强度高于灰铸铁的。(5)采用双液复合铸造方法成功地制备了两套典型的汽车修边模具,着色探伤和破坏性试验结果表明:铸件整体质量较好,未发现明显的缩孔、缩松、夹渣、孔洞等铸造缺陷,实验验证了本文所采用的铸造工艺方案和工艺参数是合理可行的。
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