锆基块体非晶合金齿轮的压铸成形研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:accessw2009
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非晶合金由于其独特的结构,而具有许多优异的性能,如高强度、高硬度及耐腐蚀性等,因此在许多领域均有应用。但是非晶合金作为结构件的应用较少,且尺寸相对较小。真空压力铸造作为一种成型工艺有许多优点,如较高的冷却速度,可以近净成形,但是当前对于非晶合金的真空压铸的报道较少。因此本文选择锆基块体非晶合金作为原材料,开展较大尺寸铸件的压铸成形研究,探索合适的工艺方法,以期获得形状完整轮廓清晰且结构性能满足要求的铸件,为非晶合金的铸造成形与应用提供有益的技术参考。本文选用Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5体系作为母合金材料,采用真空压铸的工艺方法进行成形。在模具温度分别为363 K、393 K和413 K与浇铸温度分别为1193 K、1243 K、1293 K和1343 K的条件下,开展了锆基块体非晶合金的压铸成形工艺研究,并成功压铸了外径为37mm、齿数为35的齿轮铸件。通过X射线衍射仪,差示扫描量热仪,力学性能试验设备,SEM等,研究了压铸工艺参数对非晶合金齿轮微观结构,热稳定性和力学性能的影响。通过XRD实验结果可知,在真空度为25 Pa,浇铸温度为1343 K,模具温度为363 K、393 K和413 K的条件下,齿轮铸件为完全的非晶态。齿轮铸件充型良好,铸件形状完整,轮廓清晰。在真空度为50 Pa时,浇铸温度为1393 K,模具温度为363 K的条件下,虽然齿轮铸件仍为完全的非晶态,但仔细观察可以发现在齿轮铸件的个别齿与齿之间有气孔缺陷存在。通过DSC实验结果可知,不同的工艺条件对铸件的热物性参数有较为显著的影响。其中对于浇铸温度为1343 K,模具温度为363 K条件下的齿轮铸件,其相关的热物性参数(Tg、Tx、Tp1、Tp2、Tp3和ΔT)偏大。晶化动力学研究发现,在模具温度为363 K时,浇铸温度为1343 K的条件下制备的铸件稳定性较好。通过洛氏硬度和室温条件下的压缩表征测试了齿轮铸件的力学性能,实验结果表明,不同工艺条件对于齿轮铸件表面的硬度影响不大,均在HRC 52.3-53.5的范围之内。浇铸温度为1343 K,模具温度为363 K的条件下的齿轮铸件为非晶态结构,压缩试样具有较好的力学性能,其断裂强度为1887 MPa。不同工艺条件下铸件压缩试样的变形均为脆性断裂,用扫描电子显微镜对断口形貌进行了观察,发现吸铸方法制备的铸态试样的断口形貌仅有光滑的区域,分布着典型的脉络状花纹,而不同工艺条件下的齿轮铸件压缩试样断口含有光滑的区域和凹凸不平的区域,光滑区域含有不均匀的脉络状花纹,压铸试样断口形貌均具有典型的脆性断裂特征。
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