本文關鍵詞：鋁合金輪轂模具失效分析與激光成型再制造研究

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【摘要】：隨著經濟水平與生活質量的提高,人們開始越發(fā)的關注環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問題;針對汽車使用量的逐年增加,人們開始試圖從減輕汽車自重的角度達到節(jié)能方式目的,其中減輕輪轂重量便是其一。鋁合金輪轂由于具有美觀、耐腐蝕強、加工性好、重量輕、比強度高、散熱好、節(jié)能等優(yōu)點,能夠滿足汽車輕量化的基本要求,可代替鋼板成為汽車輪轂選材的首選。由于H13鋼具有高的淬透性、高的韌性、較好的耐磨損與抗熱裂能力,較好的可加工性和良好的抗脫碳能力,被廣泛的應用于鋁合金壓鑄模具中;但是,由于鋁合金壓鑄模具惡劣的工作環(huán)境,會導致模具產生各種形式的失效,其中,熱疲勞開裂、熱熔損、沖蝕、粘結、斷裂、模具的型腔變形等失效形式。本文應用激光熔覆再制造方法,將再制造理論與實驗相結合,分析鋁合金輪轂模具的實際應用環(huán)境,鋁合金壓鑄特點,主要失效形式,較系統的分析了熱疲勞裂紋的裂紋萌發(fā)與擴展階段、熱熔損失效主要失效部位、進行了粘結強度測試等,并對其主要失效形式機理進行了分析說明。針對試驗材料H13鋼,對其進行了顯微組織與力學性能研究,分析評價了其退火態(tài)組織中帶狀偏析及其晶間合金碳化物的組成與分布規(guī)律,并對其進行了等級評價。研究了不同熱處理工藝后H13鋼組織中殘留碳化物含量、形貌、分布差異。根據鋁合金輪轂模具實際應用環(huán)境,主要失效形式,以及H13自身的物理性能,進而確定最佳的激光熔覆工藝路線與適宜的合金粉末。熔覆材料選擇Stellite12高溫合金,以H13鋼為基板分別進行單層激光熔覆到多層激光熔覆,并對比分析其組織形貌與力學性能,系統的研究了熔覆層裂紋萌生與擴展方式,分析其開裂機理。同時,研究了基板與熔覆層界面的顯微組織,熔覆層組織隨溫度上升的變化趨勢,及其熔覆層的強化機制。激光熔覆Co基合金的顯微組織由大量白色的γ-Co枝晶?晶間共晶組織與彌散分布著二次析出相組成?由于熔覆層中分布著高硬度?高熔點的硬質強化相和細晶強化的作用,其硬度值顯著提高?
【關鍵詞】：輪轂模具 失效形式 激光熔覆 力學性能 組織分析 裂紋
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG241
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-36
• 1.1 引言11
• 1.2 鋁合金壓鑄模具研究現狀11-16
• 1.2.1 鋁合金壓鑄模具的特點11-13
• 1.2.2 鋁合金壓鑄模具的損傷13-16
• 1.3 典型的鋁合金壓鑄模具材料16-25
• 1.3.1 H13熱作模具鋼簡介16-17
• 1.3.2 H13熱作模具鋼的組織研究17-19
• 1.3.3 H13熱作模具鋼的力學性能分析19-20
• 1.3.4 鍛造對H13熱作模具鋼的影響20-23
• 1.3.5 熱處理對H13熱作模具鋼的影響23-25
• 1.4 H13鋼的表面強化處理技術25-34
• 1.4.1 已有的H13鋼表面處理技術25-26
• 1.4.2 H13鋼激光表面熔覆和重熔技術26-34
• 1.5 本文主要內容及課題意義34-36
• 1.5.1 課題意義34-35
• 1.5.2 本文主要內容35-36
• 第2章 實驗材料與實驗方法36-42
• 2.1 實驗材料36-37
• 2.1.1 實驗模具樣品來源36
• 2.1.2 試驗樣品成分36
• 2.1.3 熔覆材料36-37
• 2.2 實驗方法與實驗設備37-39
• 2.2.1 激光熔覆實驗37-38
• 2.2.2 組織分析38
• 2.2.3 EDS與XRD分析38-39
• 2.3 力學性能實驗39-40
• 2.3.1 拉伸試樣39
• 2.3.2 拉伸試驗儀器39-40
• 2.4 硬度測試40-42
• 2.4.1 韋氏硬度測試40
• 2.4.2 納米壓痕測量系統40-42
• 第3章 鋁合金輪轂壓鑄成形底模失效分析42-54
• 3.1 鋁合金輪轂簡介42
• 3.2 鋁合金輪轂壓鑄過程42-44
• 3.3 鋁合金壓鑄模具特點44-45
• 3.4 鋁合金壓鑄模具內鋁液的流動分析45-46
• 3.5 鋁合金壓鑄模具的裂紋分析46-49
• 3.6 鋁合金壓鑄模具的粘結分析49-52
• 3.7 本章小結52-54
• 第4章 H13鋼的組織和力學性能研究54-68
• 4.1 引言54
• 4.2 H13鋼基本的物理性能參數54-55
• 4.3 退火態(tài)H13鋼組織性能研究及評價55-60
• 4.3.1 退火態(tài)帶狀組織分析55-56
• 4.3.2 等級評價56-57
• 4.3.3 退火態(tài)H13鋼組織碳化物分析57-58
• 4.3.4 加熱溫度對退火態(tài)組織的影響58-60
• 4.4 退火態(tài)H13鋼拉伸性能研究60-64
• 4.4.1 拉伸試驗簡介60
• 4.4.2 拉伸試樣60-61
• 4.4.3 伸長率、截面收縮率61-62
• 4.4.4 拉伸曲線62-64
• 4.5 顯微硬度測量64-67
• 4.5.1 韋氏硬度測量64
• 4.5.2 納米壓痕測量結果64-67
• 4.6 結論67-68
• 第5章 鋁合金輪轂壓鑄底模激光增材強化工藝68-83
• 5.1 激光增材技術簡介68-70
• 5.1.1 激光增材技術原理和特點68-69
• 5.1.2 沉積層添加材料類型69
• 5.1.3 沉積過程中添加材料方式69-70
• 5.2 激光增材Co基合金顯微組織及性能70-77
• 5.2.1 金相顯微鏡下的顯微組織觀察70-74
• 5.2.2 高溫顯微鏡下的顯微組織演化過程74-77
• 5.3 激光增材強化鋁合金輪轂底模工藝77-81
• 5.3.1 激光增材強化鋁合金輪轂底模工藝方案77-79
• 5.3.2 激光增材強化鋁合金輪轂底模的使用試驗79-80
• 5.3.3 激光增材強化鋁合金輪轂底模試驗結果分析80-81
• 5.4 本章小結81-83
• 結論83-85
• 參考文獻85-90
• 致謝90

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