高速铁路铝合金棘轮低压铸造工艺及性能研究

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1、硕士学位论文（工程硕士）高速铁路铝合金棘轮低压铸造工艺及性能研究RESEARCHOFLOWPRESSURECASTINGTECHNOLOGYANDPROPERTIESOFALUMINUMALLOYRATCHETFORHIGH-SPEEDRAILWAY马远征哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TG292学校代码：10213国际图书分类号：669密级：公开工程硕士学位论文高速铁路铝合金棘轮低压铸造工艺及性能研究硕士研究生：马远征导师：孙剑飞教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：中国铁道科

2、学研究院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TG292U.D.C：669DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringRESEARCHOFLOWPRESSURECASTINGTECHNOLOGYANDPROPERTIESOFALUMINUMALLOYRATCHETFORHIGH-SPEEDRAILWAYCandidate：MaYuanzhengSupervisor：Prof.SunJianfeiAcademi

3、cDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：ChinaAcademyofRailwaySciencesDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要棘轮是高速铁路接触网上十分关键的构件，采用低压金属型铸造工艺进行生产可使产品的力学性能

4、以及动态疲劳性能满足需要。但是由于棘轮外形结构壁厚不均，轮廓较为复杂，在实际生产过程出现缺陷问题较多，极大降低了产品质量以及铁路运输的安全性。本文以低压金属型铸造的ZL114A铝合金棘轮为研究对象，通过优化低压铸造工艺和热处理工艺，获得了高性能棘轮铸件。利用三维造型软件完成了对棘轮铸件的三维建模，运用数值模拟软件ProCAST对低压金属型铸造充型过程和凝固过程进行模拟，预测了棘轮中可能出现的缩孔、缩松的具体位置，并分析了引发这些缺陷的原因。数值模拟结果显示：整个低压铸造过程未出现金属液紊流现象，说明充

5、型过程平稳，有效避免了氧化夹杂缺陷。但是由于棘轮结构尺寸复杂、薄厚分布不均，凝固过程温度梯度分布紊乱，在棘轮的厚大部位形成了缩孔、缩松等缺陷，通过无损探伤检验和显微组织观察验证了模拟结果的准确性。选择对铸型中心分流锥进行水冷，上模中心高温区进行气冷，下模整体气冷，以平衡模具温度场，基本解决了低压金属型铸造工艺过程中产生的缩孔、缩松等缺陷问题。根据对低压铸造工艺充型及凝固过程数值模拟的结果，合理设计了模具冷却工艺，以及金属型分型和抽芯工艺，并对金属型的脱模力进行了校核计算，合理设计了脱模机构，最终完成了

6、棘轮的铸造模具的制造。并使用设计的模具浇注获得外形尺寸合格的铸件。对铝合金棘轮热处理工艺进行了优化。最终确定热处理工艺：固溶温度为535±5℃，时间8h；淬火温度为60℃，时间2h；时效温度为160±5℃，时间3h。热处理后试样抗拉强度达到320MPa，延伸率为5.4%，能够满足目前国内ZL114A合金低压铸造棘轮力学性能标准。按照高速铁路标准，对热处理后的棘轮进行了疲劳实验。试制铸件在高精度动态疲劳试验4时，在标准要求的2×10次以内，本体运转正常，无任何裂纹和变形，实验结果满足标准要求。关键词：棘

7、轮；低压铸造；数值模拟；铸造缺陷；热处理--I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractRatchetcompensatorisoneofthemostimportantpartsinthehigh-speedrailwaycontactnet.Lowpressurepermanentmoldcastingprocessisusedtoproducethecastingsinordertomeetthehighdynamicfatigueandmechanicalperformancedemand

8、.Howeverduetothecomplexshapeandthicknessofratchetcompensatorstructure,castingdefectsusuallyappear,whichharmforthesaftyofrailway.Basedonlowpressurecastingratchetcompensatorastheresearchobject,thelowpressurecastingtechnologyandhott