Al5Ti1B细化剂对内燃机活塞用铝-硅合金组织与性能的影响

发布时间：2020-04-11 11:30

【摘要】：内燃机作为交通运输领域的动力核心,在现代化的生产生活中,作用非同一般。活塞作为内燃机的重要核心部件,其作用是通过的燃料的爆发燃烧将热能转化为动能,从而为机车提供动力。其所处的高温、高压、循环交变载荷的复杂工作环境,要求活塞材料必须具有良好的高温强度、尺寸稳定性等优异的综合性能,以防止由于材料性能不能满足整个服役周期要求,而造成活塞磨损、断裂,进而造成发动机内其他部件被损坏,或产生烧机油、拉缸等严重故障。多变复杂的工作环境对活塞材料的要求包括:质轻、良好的高温尺寸稳定性、耐磨性、优异的强度、硬度。目前,铸造铝硅合金凭借其较好的综合性能成为制造活塞的首选材质。晶粒变小,可以使材料的强度和延伸率得到提高,在活塞铸造成型过程中良好的晶粒细化,可使活塞铝硅合金的机械性能得到进一步增强、并延长活塞的服役期限。目前,铝活塞铸造生产过程中应用最为广泛的晶粒细化方法是向铝活塞合金熔体中添加铝钛硼中间合金。为提高细化效率,本研究通过在线加入的方法,研究细化剂对不同硅含量(含12wt.%Si的BH135+合金及含9wt.%Si的BH112A合金)材料,不同部位的组织内各种组成相的影响,以及对常温和高温抗拉强度的影响。实验结果表明,不同的A15Ti1B丝加入量对两种合金都有着较为明显的细化晶粒的作用。在本研究范围内,按铸件重量比例为0.5‰的细化剂加入量,表现出了较好的细化效果。A15Ti1B丝细化剂的加入,使得共晶型的BH135+材料的初晶硅,还有BH135+、BH112A两种材料合金内的金属间化合物的尺寸都有一定程度的减小;其中,铸件厚大处初晶硅和金属间化合物减小的效果比薄壁处更明显。而且,加入细化剂后,BH135+材料的厚大部位,金属间化合物的形态由长条状居多,变为长条状与团块状基本各占一半。BH112A合金材料,在加入细化剂后,除了 α-Al的尺寸明显减小外,共晶硅在基体中的弥散情况比不加细化剂时更好。为了探究A15Ti1B细化剂的加入对Al-Si合金熔体产生何种影响,使用热分析仪进行了熔体凝固实验,试验结果表明,细化剂加入BH135+合金熔体后,减小了液相线—固相线的温差,使得初晶硅长大的温度区间比不加时有了一定程度的减小,是导致初晶硅尺寸变小的一个原因。加入A15Ti1B细化剂后,BH135+材料的常温抗拉强度及延仲率都有所提高。在BH135+材料铸件的薄壁拉伸试样断口处,发现有部分初晶硅存在与基体脱粘的现象(常温与高温断口处都有),但在铸件厚大处的试样断口处没有发现此种情况,金属间化合物与Al-Si共晶体呈现脆性断裂的特征;材料的高温强度、延伸率也并没有因为添加细化剂而有大的提高;BH112A材料在高温(300℃)下拉伸时,α-Al变形程度比常温下严重,韧窝明显,加入细化剂前后,金属间化合物与Al-Si共晶体均呈现脆性断裂的特征,抗拉强度和延伸率都有小幅提高。本研究采用的在线加入铝钛硼丝添加方式,使用自动喂丝机在铝水浇注时加入,利用熔体浇注的搅拌作用使细化剂中的有效形核核心分布均匀,又防止了由于细化核心粒子沉降导致的细化衰退。
【图文】：

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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.21;TK405

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本文编号：2623537