稀土鋁合金連桿的半固態(tài)成形實(shí)驗(yàn)仿真與力學(xué)性能研究.pdf

1、連桿是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵零件之一，通常是由小頭、桿身和大頭組成，連桿小頭通過(guò)活塞銷與活塞相連，大頭通過(guò)螺栓與曲軸連接。連桿在工作過(guò)程中，主要是將活塞承受的力傳遞給曲軸，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，主要承受拉伸、壓縮、彎曲、沖擊等交變載荷的復(fù)合作用，當(dāng)連桿的力學(xué)性能不能滿足使用要求，發(fā)生過(guò)早的失效斷裂時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞性事故，甚至導(dǎo)致整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。因此，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)連桿力學(xué)性能，本文主要從稀土鋁合金

2、成分的優(yōu)化、ProCAST的仿真、半固態(tài)成形的模擬和實(shí)驗(yàn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究，結(jié)果表明半固態(tài)成形稀土鋁合金連桿的力學(xué)性能較高。
　　稀土元素鉺非常容易和鋁合金中的氣體、雜質(zhì)以及鋁合金基體發(fā)生作用，使得鋁合金的成分和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而起到凈化熔體、細(xì)化晶粒、改善組織、提高力學(xué)性能的作用。本文通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試棒的拉伸、硬度和金相分析等方法確定稀土元素鉺的最佳加入量為0.2％，此時(shí)合金的晶粒尺寸約為60μm，晶?？s小60％，經(jīng)過(guò)熱處理的

3、試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度峰值分別達(dá)到365MPa和116.2HBW，比未加稀土的2A14鋁合金提高25.9％和4.4％;同時(shí)采用掃描電鏡SEM、能譜分析EDS以及X射線衍射XRD等方法分析了新型的2A14-0.2Er合金中元素鉺的合金相組織是A13Er和Al8Cu4Er。
　　采用鑄造仿真軟件ProCAST模擬分析了普通的金屬型重力鑄造以及新型半固態(tài)成形工藝，通過(guò)溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及缺陷預(yù)測(cè)等參數(shù)的模擬計(jì)算，優(yōu)化了鑄造工藝。結(jié)果表

4、明:金屬型重力鑄造的澆注系統(tǒng)尺寸可以減小為(φ)21mm×46mm（澆口）和(φ)27mm×46mm（冒口）;鑄造工藝參數(shù)為澆注溫度680℃、模具預(yù)熱溫度300℃、鑄件留模時(shí)間180s;半固態(tài)成形的優(yōu)選工藝為澆注溫度625℃、澆注速度2.5m/s、模具預(yù)熱溫度300℃。
　　采用新型的2A14-0.2Er稀土鋁合金，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行半固態(tài)成形實(shí)驗(yàn)，制備了高強(qiáng)度稀土鋁合金連桿，通過(guò)連桿試樣的拉伸、硬度以及金相實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，結(jié)果