[01296271]高强度复杂精密铸钢件裂纹成因及预防措施的研究与应用

《高强度复杂精密铸钢件裂纹成因及预防措施的研究与应用》项目是针对东风精密铸造有限公司现生产中高强度复杂铸钢产品在制造过程出现的裂纹问题开展的研究项目,属高校与企业合作的自选项目,项目从2009年10月开始。项目通过对系列高强度复杂铸钢件的现场生产工艺跟踪,找出裂纹产生原因,构建了高强度复杂铸钢件失效分析的故障树模型,用于裂纹原因的快速分析诊断,有效缩短失效零件分析时间和新品研发周期。同时结合铸造和应力分析软件,用数值模拟方法研究了铸件结构和铸造工艺因素对产品裂纹趋势的影响,并依据模拟结构对铸件结构、铸造工艺和热处理工艺进行了优化;并针对复杂铸件设计了对裂纹敏感的铸件结构,研究添加稀土对复杂铸件性能和裂纹形成倾向的影响,开发了高强度复杂零件的稀土合金化工艺;并将结构优化、工艺优化和材质优化的综合技术应用于公司产品,取得了很好的效果。 项目组对轻量化开发中出现的高强度复杂铸钢件裂纹问题,采用理化分析和电镜形貌分析,运用铸造模拟和应力分析等先进手段,确定了裂纹成因,优化了铸件材质、结构、铸造和热处理工艺,建立起失效分析故障树模型,编制了精密铸钢件裂纹预防的结构设计规范和工艺规范,达到了项目的预期目标。 项目的主要创新点： 1)设计了适用于复杂精铸件的裂纹敏感试样,实现了结构、材质、工艺等因素的变化对裂纹倾向影响的准确测量; 2) 开发了ZG30CrMnSi的韧化工艺,采用微量稀土细化组织,降低了裂纹敏感度。 3) 首次建立了适合于高强度复杂精密铸钢件裂纹缺陷的失效分析故障树模型,实现了对裂纹缺陷的快速分析、诊断和预测。 本课题针对高强度复杂熔模铸钢件开发的裂纹解决措施主要从技术源头改善产品裂纹率,不用增加工序和设备,操作方便,不仅在课题组前期所应用的7种产品上得到应用,2011年还推广到同类的19种的零件上,均取得了良好的效果。根据每年每种产品的产量可以估算出在2011年该技术的经济效益约为82万元。 本课题开发的复杂熔模铸件裂纹故障树分析方法有一方面有助于加强对产品易产生裂纹的重要工序进行重点监控,降低废品率;另一方面能在更短的时间内完成失效件的分析,及时调整产品设计或生产工艺,从而缩短研发周期,降低设计成本和分析成本,对公司拓宽产品种类和提高铸件质量提供了极大的保障,进一步增强了公司产品的竞争能力。随着精铸轻量化技术的深入应用,该技术在我公司研发更多品种的高强度复杂铸件,实现公司“六个替代”的战略起到了技术保障。 该技术的研究成功对东风精密铸造有限公司铸件质量的提高起到了重要作用,在其他精铸企业具有良好的推广应用性。 项目研究成果2010年3月～12月期间在东风精密铸造有限公司的7种产品上应用,产生的直接经济效益达36.5万元,2011年已推广到19种产品,估算经济效益约80万元,如推广到更多产品和其它相关企业,其经济效益将大大增加,为国家和社会节约大量的资源,增加社会效益。