台车消失模铸造过程数值模拟及组织性能研究

138材料导报B研究篇2016年4月B第3O卷第4期台车消失模铸造过程数值模拟及组织性能研究左善超，历长云，许磊，王有超，米国发河南理工大学材料科学与工程学院，焦作454000摘要运用VIEWCAST模拟软件对烧结机台车消失模铸造过程进行数值模拟，预测铸造工艺所产生的缩孔、缩松的位置和大小。模拟结果表明，铸造工艺实现了铸件的顺序凝固，铸件没有产生缩孔、缩松等缺陷，铸件组织致密，符合技术要求。观察材料的组织发现，铸态组织主要以铁素体、珠光体以及球状石墨为主，加热至500、700组织和硬度没有发生明显变化；当加热至900时发生相变，产生破碎状铁素体和网状铁素体，硬度显著增大。氧化实验分析发现，温度对试样的氧化速率有较大的影响，主要因为不同温度下试样表面生成不同的氧化膜，使试样的氧化速率有较大的差异。关键词VIEWCAST消失模金相组织氧化实验洛氏硬度中图分类号TG146文献标识码ADOI1011896JISSN1005023X201608031NUMERICALSIMULATIONANDMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFTHELOSTFOAMCASTINGPROCESSOFTROLLEYZUOSHANCHAO，LICHANGYUN，XULEI，WANGYOUCHAO，MIGUOFASCHOOLOFMATERIALSCIENCEANDENGINEERING，HENANPOLYTECHNICUNIVERSITY，JIAOZUO454000ABSTRACTTHESIMULATIONSOFTWAREVIEWCASTWASUSEDTOPREDICTTHESIZESANDPOSITIONSOFTHESHRINKAGEINTHETROLLEYPRODUCEDBYLOSTFOAMCASTINGTHESIMULATIONRESULTSHOWEDTHATTHESEQUENCESOLIDIFICATIONWASACHIEVEDINTHECASTINGPROCESS；NODEFECTWASOBSERVEDWHICHARESATISFIEDWITHTHETECHNICALREQUIREMENTSTHEMICROSTRUCTUREOFTHEMATERIALWASOBSERVEDUNDERTHEOPTICALMICROSCOPEANDTHE38一CASTMICROSTRUCTUREWASMAINLYCONSISTOFFERRITE，PEARLITEANDSPHERICALGRAPHITEWHENHEATEDTO500AND700，THEREWASNOOBVIOUSCHANGEOFTHEHARDNESSANDMICROSTRUCTUREWHILEHEATEDTO900，PHASETRANSFORMATIONHAPPENED，ANDBROKENANDNETLIKEFERRITEWEREFORMEDATTHESAMETIME。THESAMPLESALSOHADASIGNIFICANTINCREASEINHARDNESSITCANBELEARNEDFROMTHEOXIDATIONEXPERIMENTSANALYSISTHATTHETEMPERATURESHAVEGREATINFLUENCEONTHEOXIDATIONRATEOFSAMPLE，ANDREASONFORTHISPHENOMENONISTHATDIFFERENTTHICKNESSOFOXIDEFILMSWEREFORMEDUNDERDIFFERENTTEMPERATURES，ASARESULT，THEOXIDATIONRATEOFTHESAMPLESTREATEDUNDERDIFFERENTTEMPERATURESISDIFFERENTKEYWORDSVIEWCAST，LOSTFOAMCASTING，MICROSTRUCTURE，OXIDATIONTEST，ROCKWEL1HARDNESS0引言台车是烧结机的重要组成部分，工作期间要经受高温、磨损等一系列恶劣的工作条件。在整个工作过程中，台车除了要承受本身的质量以外，还需要承受篦条的质量、烧结矿的质量以及抽风负压的联合作用口。由于台车是中型铸件且结构简单，需要单件、小批量的生产，所以舍弃了传统的砂型铸造，同时考虑到造型的方便，选用消失模负压铸造。这样取消了砂芯和制芯工步，根除了由于制芯、下芯造成的铸造缺陷和废品；不合箱、不取模，大大简化了造型工艺，铸件尺寸形状精确、重复性好，具有精密铸造的特点。铸件的表面光洁度高，可以大大减少后续机械加工。消失模负压铸造是利用石蜡或者泡沫模型粘结而成的模型簇，刷涂耐火材料烘干后，埋在干模砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的铸造方法。消失模铸造是近乎无余量、精确成型的铸造工艺，表面状况较好，大大减少机械加工。因此台车的铸造生产可使用消失模负压铸造_34L。本研究主要是针对企业生产中存在的工艺及质量问题，对台车进行铸造工艺优化及组织性能研究。1铸件材料的选择铸件的最基本的原则是满足使用目标的要求，成分通过组织间接影响材料的性能，是决定组织的主要因素之一。由于铸铁有优于铸钢的防变形能力，铸铁材质中球墨铸铁的力学性能远高于灰铁。根据台车机体结构和应用环境，因此采国家自然科学基金51401077左善超男，1990年生，硕士生，主要研究方向为金属凝固理论与成形技术EMAILJACKFROSTZUO163CORN许磊通讯作者，1980年生，博士，主要研究方向为金属成形理论及工艺、金属材料、轧制EMAILXULEI一8O126CORN142材料导报B研究篇2016年4月B第30卷第4期硬度。随着温度的升高，硬度先略有增长之后下降，再随温度升高硬度呈增加的趋势。4综合球墨铸铁材料的抗氧化实验和金相观察，球墨铸铁组织在700以下具有稳定的组织性能。因此，在烧结机台车工作环境应当设置适当的通风设备对烧结机进行冷却。参考文献1S0NGCHUNYAN，ZHANGWEI，YANGLI，ETA1PRESENTAPPLICATIONSTATUSANDPROSPECTOFTHECASTIRONMATERIALSFORSINTERINGMACHINETROLLEYJMATERREV，2012，26S1402INCHINESE宋春燕，张伟，杨丽，等烧结机台车用铸铁材料的应用现状及展望EJ材料导报，2012，26专辑194022WANGJINLUNTHETECHNICALINVESTIGATIONANDAPPLICATIONONENHANCINGTHESERVICELIFEOFSINTERINGGRATEBAREDJINANSHANDONGUNIVERSITY，2008INCHINESE王金伦提高烧结台车篦条使用寿命的技术研究与应用ED济南山东大学，20083GUOPENG，YESHENGPINGLOSTFOAMCASTINGMETHODOFENGINECYIINDERBLOCKSLJMODERNCASTIRON，2012143INCHINESE郭鹏，叶升平发动机缸体消失模铸造工艺EJ现代铸铁，20121434WANGZHIPING，WANGXIYU，FENGLIINVESTIGATIONOFGATINGSYSTEMFORVALVECASTINGINEPCPROEESSEJFOUNDRYTECHNOLOGY，201381056INCHINESE王智平，王喜玉，冯力消失模铸造阀类铸件浇注系统研究J铸造技术201381056、上接第137页5HAOBAOHONG，CHENFANGFANG，IIYANSTUDYONTHECASTINGMECHANISMANDFUNCTIONSOFGRAPHITEBALLEJJBEIJINGINSTITUTEPETROCHEMICALTECHNOL，2007352INCHINESE郝保红，陈方方，李艳球墨铸铁的球化机理及其性能研究J北京石油化工学院学报，20073526徐祖耀，金学军，孟庆平材料相变M第1版北京高等教育出版社，2O137LEIFUJUNRESEARCHPROGRESSONSPHEROIDIZATIONANDINOCULATIONPROCESSINGOFSPHEROIDALGRAPHITECASTIRONJHOTWORKTECHNOL，200813125INCHINESE雷富军球墨铸铁球化及其孕育处理研究进展EJ热加工工艺，2008131258黄乃瑜，叶升平，樊白田消失模铸造及质量控制M第2版武汉华中科技大学出版社，20059黄天佑消失模铸造技术M第1版北京机械工业出版社，20041OLICHANGYUNHUYUKUN，WANGHAIYAN，ETA1CASTINGTECHNOLOGYRESEARCHANDNUMERICALSIMULATIONOFVERTICALGRINDERROCKERJHOTWORKTECHNOI，2012751INCHINESE历长云，胡玉昆，王海燕，等立式磨床摇臂铸造工艺研究与数值模拟J热加工工艺，201275111MIGUOFA，HEBINFENGOPTIMIZATIONOFCASTINGPROCESSFORCASTSTEELVALVEWITHCOMPUTERSIMULATIONJHOTW0RKTECHNOL，20091160INCHINESE米国发，何斌锋计算机模拟在铸钢阀体工艺优化中的应用J热加工工艺，2009116012崔忠圻，覃耀春金属学与热处理M第2版北京机械工业出版社，2007责任编辑周媛媛P；16SMALLMANREPLASTICITYOFCRYSTALSWITHSPECIALREFERENCETOMETALSBYESCHMIDANDWBOASEJJAPPLCRYSTALLOGRAPHY，1969，2458717KANITT，FORESTS，GALLIETI，ETA1DETERMINATIONOFTHESIZEOFTHEREPRESENTATIVEVOLUMEELEMENTFORRANDOMCOMPOSITESSTATISTICALANDNUMERICALAPPROACHJINTJSOLIDSSTRUCTURES，2003，4O13364718NAKAMACHIE，TAMNN，MORIMOTOHMULTISCALEFINITEELEMENTANALYSESOFSHEETMETALSBYUSINGSEMEBSDMEASUREDCRYSTALLO一PGRAPHICRVEMODELSJINTJPLASTICITY，2007，23345019ZHUHX。THORPESMWINDLEAHTHEGEOMETRICALPROPERTIESOFIRREGULARTWODIMENSIONALVORONOITESSELLATIONSJPHILOSOPHI