【摘要】：作為汽車、船舶、內(nèi)燃機(jī)車、工程機(jī)械、軍工裝備等領(lǐng)域的一個重要配套動力來源,柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)展對我國的工業(yè)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國防建設(shè)都起到關(guān)鍵性的作用。與汽油發(fā)動機(jī)相比而言,柴油發(fā)動機(jī)具有著耐用、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的特點(diǎn)。WP10型柴油發(fā)動機(jī)缸體用合金鑄鐵通過Cu、Cr、Sn等合金元素的添加,合金鑄鐵的力學(xué)性能、鑄造性能得到了明顯改善,但合金元素的添加同時(shí)也降低了合金鑄鐵的切削加工性能,導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重,影響了加工效率與加工成本。硬質(zhì)合金涂層刀具具有耐磨、穩(wěn)定性高等特點(diǎn),成為加工合金鑄鐵的一種常用刀具材料。對于合金鑄鐵進(jìn)行刀具材料(包括涂層材料)的合理匹配,選擇合適的刀具材料(包括涂層材料)可以延長刀具壽命、降低加工成本、提高加工效率。本文圍繞柴油發(fā)動機(jī)缸體用合金鑄鐵的刀具基體材料及涂層材料匹配性進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)利用高溫?cái)U(kuò)散實(shí)驗(yàn)研究了合金鑄鐵與硬質(zhì)合金的化學(xué)、物理與力學(xué)性能匹配。從化學(xué)性能匹配出發(fā),合金鑄鐵與YG類硬質(zhì)合金間在高溫下出現(xiàn)了明顯的元素?cái)U(kuò)散現(xiàn)象,Fe與W均觀察到了比較顯著的擴(kuò)散。其中合金鑄鐵中的Fe向YG類硬質(zhì)合金中的擴(kuò)散非常顯著,且擴(kuò)散深度隨著刀具材料中的Co含量升高而升高;而刀具材料中的W向合金鑄鐵中的擴(kuò)散與刀具材料的牌號關(guān)系不大。從物理、力學(xué)匹配性出發(fā),YG6X、YG6A硬度高,其他各項(xiàng)性能指標(biāo)均比較均衡,適合用與精加工、半精加工。YG8沖擊韌性高、抗彎強(qiáng)度強(qiáng),適用于粗加工。(2)利用高溫氧化實(shí)驗(yàn)、高溫?cái)U(kuò)散實(shí)驗(yàn)、切削實(shí)驗(yàn)研究了合金鑄鐵與涂層材料的匹配,發(fā)現(xiàn)具有Al2O3膜的CVD的(TiCN)復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具在高溫下與合金鑄鐵間的元素?cái)U(kuò)散很小,且刀具內(nèi)部的擴(kuò)散在比較高的溫度下才發(fā)生,抗擴(kuò)散性能卓越。PCVD的TiN與PVD的TiAlN在較低的溫度下就觀察到了與合金鑄鐵間及刀具內(nèi)部的元素?cái)U(kuò)散,抗擴(kuò)散性能較差。切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明材質(zhì)為(Ti,Al)N-Ti(C,N)-TiN的F40M涂層硬質(zhì)合金刀具相比材質(zhì)為Ti(C,N)-A1203的MK1500涂層硬質(zhì)合金刀具在切削合金鑄鐵刀具磨損量更小,加工表面粗糙度更低;但在切削初期階段更易磨損,且存在崩刃現(xiàn)象。(3)對柴油發(fā)動機(jī)缸體上平面精加工、半精加工與粗加工過程中刀具的失效形式進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)崩刃、刀具涂層剝落、刀具基體材料的片狀剝落、微裂紋、硬質(zhì)點(diǎn)磨損、粘結(jié)磨損與擴(kuò)散磨損是合金鑄鐵加工中主要的磨損形式。本研究對于柴油發(fā)動機(jī)缸體用合金鑄鐵加工的刀具基體材料及涂層材料的選擇有著一定的指導(dǎo)作用。
[Abstract]:As an important power source of automobile, ship, diesel locomotive, construction machinery, military equipment and so on, the development of diesel engine plays a key role in industrial progress, economic development and national defense construction of our country. Compared with gasoline engine, diesel engine has the characteristics of durability, energy saving, economy and environmental protection. The mechanical properties of alloy cast iron for cylinder block of WP10 diesel engine are obtained by adding alloying elements such as Cu,Cr,Sn. The casting properties were improved obviously, but the addition of alloy elements also reduced the cutting performance of alloy cast iron, resulting in serious tool wear, which affected the machining efficiency and cost. Cemented carbide coated cutting tools are widely used as tool materials for machining alloy cast iron due to their high wear resistance and high stability. For alloying cast iron, the tool material (including coating material) can be reasonably matched. Selecting suitable tool material (including coating material) can prolong the tool life, reduce the machining cost and improve the machining efficiency. In this paper, the matching properties of tool matrix and coating material of alloy cast iron for diesel engine cylinder block are studied. The main contents are as follows: (1) the chemistry of alloy cast iron and cemented carbide is studied by high temperature diffusion experiment. Physical and mechanical properties match. Based on the matching of chemical properties, the diffusion of elements between cast iron and YG type cemented carbides appears at high temperature, and the diffusion between Fe and W is more obvious than that between cast iron and YG cemented carbides at high temperature. The diffusion of Fe in alloy cast iron to YG cemented carbide is very significant, and the diffusion depth increases with the increase of Co content in the cutting tool material, but the diffusion of W to alloy cast iron in the cutting tool material has little relationship with the grade of the cutting tool material. Starting from physical and mechanical matching, YG6X,YG6A has high hardness and other performance indexes are more balanced. It is suitable for finishing and semi-finishing. YG8 has high impact toughness and strong bending strength. It is suitable for rough machining. (2) the matching of alloy cast iron with coating material is studied by high temperature oxidation experiment, high temperature diffusion experiment and cutting experiment. It is found that the diffusion of elements between CVD and cast iron is very small at high temperature, and the diffusion within the tool only occurs at a relatively high temperature. The diffusion properties of TiN of PCVD and TiAlN of PVD were excellent. The diffusion of elements between TiN of PCVD and TiAlN of PVD was observed with the alloy cast iron and the tool interior at low temperature, and the diffusion resistance was poor. The results of cutting experiments show that the wear of (Ti,Al) N-Ti (Con N)-TiN F40M coated cemented carbide tool is less than that of MK1500 coated cemented carbide tool with Ti (Con N) -A1203 material in cutting alloy cast iron tool. Lower surface roughness; However, in the early stage of cutting, it is easier to wear, and there is a phenomenon of breakage. (3) the failure modes of cutting tools in the process of plane finishing, semi-finishing and rough machining of diesel engine cylinder block are studied. It is found that the main wear forms in alloy cast iron machining are breakage, tool coating exfoliation, flake of cutting tool matrix, microcrack, hard spot wear, bond wear and diffusion wear. This study has a certain guiding effect on the selection of cutting tool substrate and coating material used for diesel engine cylinder block alloying cast iron.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK425;TG711

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本文編號：2309427