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非调质钢曲轴感应淬火裂纹失效分析

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摘要

1.1 课题研究的背景

1.2 淬火裂纹的国内外研究现状

1.2.1 材料成分对淬裂的影响

1.2.2 原始组织对淬裂的影响

1.2.3 产品形状及尺寸对淬裂的影响

1.2.4 加热因素对淬裂影响

1.2.5 冷却对工件淬裂的影响

1.3 淬火裂纹的预防对策与控制方法

1.4 课题的来源及主要研究内容

第二章 曲轴淬火开裂的原因分析

2.1 曲轴裂纹情况统计分析

2.1.1 曲轴产品

2.1.2 裂纹分布

2.1.3 裂纹源分析

2.2 曲轴裂纹金相组织分析

2.2.1 金相样制备

2.2.2 裂纹的金相组织分析

2.3 曲轴裂纹低倍组织宏观对比分析

2.3.1 低倍检验试样制备及检验方法

2.3.2 低倍检验对比分析

2.4 曲轴裂纹金属流动分析

2.4.1 模具结构分析

2.4.2 毛边材料流动分析

2.5 小结

第三章 曲轴锻造过程模拟分析

3.1 曲轴生产工艺流程

3.2 曲轴辊锻制坯过程模拟

3.2.1 曲轴辊锻制坯的作用

3.2.2 曲轴辊锻过程模拟参数的设置

3.2.3 曲轴辊锻过程及模拟的结果

3.3 曲轴预锻过程模拟

3.3.1 曲轴预锻的作用

3.3.2 曲轴预锻过程的建模及模拟参数的设置

3.3.3 曲轴预锻过程模拟结果的分析

3.4 曲轴终锻过程模拟

3.4.1 曲轴终锻的作用

3.4.2 曲轴终锻模拟过程参数的设置

3.4.3 曲轴终锻模拟过程分析

3.5 曲轴法兰位置裂纹综合分析

3.5.1 应力对比分析

3.5.2 应变对比分析

3.5.3 法兰位置两侧材料流动分析

3.5.4 曲轴流线分析

3.5.5 曲轴温度场模拟变化分析

3.6 小结

第四章 新材料生产验证及改进

4.1.3 C-S偏析检验

4.1.4 低倍组织检验

4.1.5 金相组织检验

4.1.6 力学性能检验

4.1.7 淬透性检验

4.2 曲轴小批量锻造生产验证

4.2.1 曲轴小批量生产验证准备

4.2.2 曲轴的锻造生产工艺流程

4.3 曲轴毛坯检测

4.3.1 毛坯几何尺寸检测

4.3.2 内在质量检测

4.3.3 磁粉探伤检测

4.4 用户小批量加工验证

4.5 批量生产验证及新增问题分析

4.5.1 曲轴裂纹宏观形态及取样位置

4.5.2 裂纹的理化分析

4.6 材料再改进及再次验证

4.6.1 材料再改进依据及改进方案

4.6.2 改进材料再验证

4.7 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

非调质钢曲轴作为发动机的关键部件,对其成品的综合性能要求极高。用于重型卡车的7L发动机的非调质钢曲轴,生产中一直存在着感应淬火裂纹问题,且废品率波动较大。由于感应淬火工序已经接近曲轴生产的最后工序,在此环节产生裂纹报废损失会大大提高产品的生产成本,若检测过程中出现漏探,对整机也存在极大的质量风险。
  本文首先对WD07曲轴在感应淬火中出现的裂纹位置进行统计分析,确定大多数裂纹的产生位置,并对该裂纹位置采用传统的金相方法和低倍方法进行分析,初步确定裂纹的产生与原材料的框型偏析以及成形位置模具阻力挡墙的结构设计有关。
  随后通过DEFORM软件对WD07曲轴的辊锻制坯、预锻、终锻过程进行模拟,同时将影响裂纹产生的工艺因素如锻造温度、终锻模具过渡圆角、材料的框型偏析、材料流动速度等采用DEFORM软件进行数值模拟计算,定量分析模具过渡圆角变化引起的应力、应变、流速对裂纹产生造成的影响、分析材料偏析的框型横放和竖放对裂纹的影响,以此提出控制框型偏析位置的改进措施和改进方向。
  最后根据实际生产验证确认,通过改善原材料偏析状况和改进模具的过渡圆角降低了感应淬火裂纹比例,但仍会出现一定数量的裂纹。经过进一步分析发现,材料的含碳量和含硫量处于上限影响曲轴感应淬火裂纹比例。C元素的增加,感应淬火时得到马氏体时晶格因C的作用畸变增大,产生的组织应力也就增大;S在材料中以硫化物的形态存在,硫化物微观形态为与组织基体分离的个体,因为硫化物的存在导致材料承载畸变的能力降低,进而降低了发生裂纹临界值,同时由于硫化物的存在,裂纹的传导更加容易。因此,除了控制框型偏析的改进措施之外,控制碳硫含量成为从材料方面解决裂纹的关键。

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