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研究生:徐瑋良
研究生(外文):Wei-Liang Hsu
論文名稱:低熱膨脹鑄鐵之冒口設計
指導教授:潘永寧
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:冒口設計低熱膨脹鑄鐵冒口保溫套凝固收縮發熱劑凝固模擬
外文關鍵詞:Riser designSolidification shrinkageLow thermal expansion cast ironsRiser sleevesExothermal compounds
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本研究係針對不同成份之低熱膨脹鑄鐵設計其冒口。合金成份包含不同之C、Si含量 (1% C, 1% Si及2% C, 2% Si) 及Ni、Co組合 (35% Ni及29% Ni, 6% Co),石墨型態包含片墨與球墨兩種。分別以鑄鋼及鑄鐵之冒口設計原則來對低碳低矽合金 (1% C, 1% Si) 及高碳高矽合金 (2% C, 2% Si) 設計冒口,並搭配使用冒口保溫套以及發熱劑,以得最佳之冒口設計。此外,分析不同化學組成對鑄件整體收縮之影響,以及比較本合金於電腦模擬與實際澆鑄上之不同。
研究結果顯示,低碳低矽合金之冒口設計,因基地組織與鑄鋼不同,因此無法獲得完美鑄件,建議以計算所得件之冒口尺寸再加大1~2cm始為安全之設計;而高碳高矽合金之冒口設計,則由於碳含量比鑄鐵低甚多,使得石墨膨脹量不足以補充其二次收縮,而無法得到完美鑄件,建議以傳統式 (Geometric method)冒口設計來計算,所得之冒口尺寸,用於片墨鑄鐵須再加大1cm左右,用於球墨鑄鐵則至少須再加大2cm以上。
對低碳低矽合金而言,使用冒口保溫套將可節省76%~83%以上之冒口體積;使用冒口保溫套及發熱劑之情形下,將可節省79%~85% 以上之冒口體積。對高碳高矽合金而言,使用冒口保溫套之情形下,將可節省58%~70% 以上之冒口體積;使用冒口保溫套及發熱劑之情形下,將可節省73%~88% 以上之冒口體積。
化學組成及石墨型態對收縮量之影響方面,低碳低矽合金之微縮孔量較巨觀縮管或縮孔量顯著;而高碳高矽合金之巨觀縮管或縮孔量會比微縮孔來的明顯。含Co鑄件會比不含Co者整體收縮量小。球墨鑄鐵之收縮量會比片墨鑄鐵大,尤其當成份為高碳高矽時。
目錄

中文摘要……………………………………………………………. Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………. Ⅲ
目錄…………………………………………………………………. Ⅳ
表目錄………………………………………………………………. Ⅶ
圖目錄……………………………………………………………….. Ⅸ
第一章 緒論………………………………………….……………... 1
第二章 文獻探討…………………………………….…………….. 3
2.1鑄鋼及鑄鐵之凝固收縮現象…………………………. 3
2.1.1 鑄鋼之凝固收縮………………….…………….. 3
2.1.2 鑄鐵之凝固收縮………………….…………….. 3
2.1.3 低熱膨脹鑄鐵之凝固收縮量…….…………….. 4
2.2 冒口設計……………………………………………… 4
2.2.1冒口設計基本概念……………………………… 4
2.2.2 鑄鋼之冒口設計………………….…………….. 5
2.3.2 石墨鑄鐵之冒口設計…………….…………….. 8
第三章 研究目的與實驗方法……………………………………… 24
3.1 研究目的……………………………………………… 24
3.2 實驗設計與方法……………………………………… 24
3.2.1 合金設計………………………………………… 24
3.2.2 模型設計………………………………………… 24
3.2.2.1 鑄件模型………………………………... 24
3.2.2.2 冒口尺寸……………………………….. 25
3.2.2.3 實際澆鑄模型………………………….. 30
3.2.3 熔鑄作業………………………………………… 30
3.3 結果量測與觀察……………………………………… 31
3.4 電腦模擬比較………………………………………… 33
第四章 結果與討論………………………………………………… 44
4.1 低碳低矽合金之冒口補縮觀察……………………… 44
4.2 低碳低矽合金之整體收縮分析……………………… 47
4.2.1 冒口尺寸之影響………………………………… 47
4.2.2 Ni、Co含量之影響……………………………… 48
4.2.3 石墨型態之影響………………………………… 48
4.3 高碳高矽合金之冒口補縮觀察………………………. 49
4.4 高碳高矽合金之整體收縮分析………………………. 51
4.4.1冒口尺寸之影響………………………………… 51
4.4.2 Ni、Co含量之影響……………………………… 52
4.4.3石墨型態之影響…………………………………. 52
4.5 C、Si含量之影響……………………………………… 52
4.6 使用冒口保溫套以及發熱劑之影響………………… 53
4.6.1 使用冒口保溫套之影響………………………... 53
4.6.2 使用冒口保溫套及發熱劑之影響……………... 55
4.7 與Solidcast之模擬結果比較………………………… 57
4.7.1 A1合金………………………………………… 57
4.7.2 A3合金………………………………………… 57
4.7.3 B1合金………………………………………… 58
4.7.4 B3合金………………………………………… 59
第五章 結論………………………………………………………… 122
參考文獻……………………………………………………………. 124
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