銅合金槳轂鑄造及熱處理工藝研究.pdf

1、可調(diào)距螺旋槳由于其具有可操縱性強(qiáng)、推進(jìn)效率高、可無級(jí)變速等優(yōu)點(diǎn)，已成為船用推進(jìn)器的一種發(fā)展趨勢(shì)。槳轂作為連接螺旋槳槳葉及發(fā)動(dòng)機(jī)尾軸的核心部件，承載著傳動(dòng)裝置巨大的扭矩和內(nèi)部壓力，工作條件十分惡劣，是實(shí)現(xiàn)船艦在不同工況下順利航行的關(guān)鍵。由于大型槳轂結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚、澆注過程易氧化等特點(diǎn)，使該產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)較多的缺陷問題，影響船艦航行的安全性。故本文以某型號(hào)大型槳轂為研究對(duì)象，對(duì)試制槳轂進(jìn)行解剖缺陷分析，利用數(shù)值模擬技術(shù)確定缺陷產(chǎn)生原因

2、，進(jìn)而優(yōu)化槳轂鑄造工藝。同時(shí)，由于該大型槳轂在鑄態(tài)下的力學(xué)性能較低，本課題將對(duì)該槳轂所用材料ZCuAl9Fe4Ni4Mn2鎳鋁青銅進(jìn)行熱處理探索，為高性能的槳轂鑄件生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
　　本文首先對(duì)原鑄造工藝下試制槳轂進(jìn)行了著色探傷、組織分析、斷口觀察等缺陷分析，找出了槳轂存在的缺陷問題。經(jīng)著色探傷發(fā)現(xiàn)，在槳轂五個(gè)窗口下方存在著尺寸較大的管狀縮孔缺陷，在槳轂上端面存在著大量縮松缺陷。在對(duì)槳轂關(guān)鍵部位拉伸斷口觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，窗口下方存在著大

3、量氧化膜及微觀縮孔缺陷，上端面還存在著顯微縮松缺陷。經(jīng)組織分析發(fā)現(xiàn)，此槳轂組織較粗大。
　　為了確定槳轂缺陷產(chǎn)生原因，運(yùn)用有限元模擬軟件ProCAST 對(duì)原鑄造工藝充型及凝固過程仿真還原，模擬結(jié)果表明：金屬液充型過程中紊流現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致了氧化膜的大量卷入。凝固過程中，窗口下方補(bǔ)充金屬液的補(bǔ)縮通道過早凝固，導(dǎo)致此處出現(xiàn)管狀縮孔。金屬液在上端面鋪展過程已經(jīng)開始凝固，導(dǎo)致此區(qū)域呈同時(shí)凝固狀態(tài)，從而在此區(qū)域形成大量縮松。
　　通過改

4、進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)、優(yōu)化澆注系統(tǒng)、設(shè)置補(bǔ)貼以及采用點(diǎn)冒口工藝等措施，對(duì)原鑄造工藝進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化。通過在窗口上方設(shè)置暗冒口，消除了窗口下方的缺陷。對(duì)點(diǎn)冒口的開始補(bǔ)澆時(shí)間進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明，若底注結(jié)束后立即補(bǔ)澆，冒口集中縮孔距離鑄件上端面較近，靜置1.5min后補(bǔ)澆效果最佳。采用點(diǎn)冒口補(bǔ)澆工藝，不僅消除了上端面的縮松缺陷，而且極大地提高了鑄件的工藝出品率，使鑄件工藝出品率從49％，采提高到61%，約節(jié)約金屬液4噸。
　　對(duì)槳轂用 ZCu