活塞用Al-Si-Cu铝合金的高温疲劳行为

发布时间：2017-08-28 23:13

  本文关键词：活塞用Al-Si-Cu铝合金的高温疲劳行为

  更多相关文章： 活塞铝合金 不同温度 拉伸性能 疲劳性能 疲劳机制

【摘要】：活塞铝合金材料具有良好的高温强度、抗高温蠕变性、低的线膨胀系数、尺寸稳定性、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性等特点,广泛应用在发动机中。由于活塞长期在高温高压环境中工作,疲劳破坏现象时常发生。为了研究其疲劳破坏机制,本文选择三种活塞铝合金(热处理前后的单铸材料和热处理后的构件本体材料)为对象,进行室温、350℃和425℃的拉伸和疲劳实验,分别研究其微观组织、不同温度的拉伸、疲劳性能和断口特征,最后系统分析拉伸性能和疲劳性能之间的关系及其对应的断裂机制。实验结果表明:原始态构件本体材料各相均比单铸材料粗大;热处理单铸材料较热处理前各相组织有所细化。拉伸后,构件本体材料在350℃和425℃出现Mg2Si相;单铸材料出现MgSiCuNi-Aluminide相。对单铸材料和构件本体材料各相组织进行了定量分析,随着大块初生硅数量的减小,材料的抗拉强度有所提升。疲劳后,构件本体材料在大块状的初生硅上发生开裂,而单铸材料中没有发现该现象。对于拉伸性能,随着温度的升高,构件本体材料和单铸材料的抗拉强度降低,而延伸率增大;无论在室温下还是在高温下,单铸材料的抗拉强度和延伸率均高于构件本体材料;热处理后单铸材料室温的抗拉强度高于热处理前,但塑性却不如未热处理单铸材料。构件本体材料在屈服阶段,初生硅处出现开裂,随着裂纹的继续扩展和小裂纹的汇合,裂纹到达一定尺寸便发生断裂;单铸中有大量的空洞缺陷,在屈服阶段,裂纹在铸造缺陷处萌生,随后继续扩展,遇到孔洞后扩展加速,到达一定尺寸发生瞬间断裂。对于疲劳性能,随着温度的升高,构件本体材料的疲劳强度降低,抗拉强度的降低比疲劳强度的降低更明显;室温下单铸材料疲劳强度比构件本体材料高;热处理工艺并没有使疲劳强度得到提高,简单提高抗拉强度不能提高疲劳强度。构件本体材料和单铸材料裂纹源均在近表面的铸造缺陷处。构件本体材料疲劳裂纹总是从初晶硅和块状富铝相处开裂扩展;单铸材料不在这些位置开裂,而是倾向于大量的孔洞缺陷,裂纹萌生后继续扩展遇到孔洞后裂纹扩展加速,加之小裂纹的汇合,裂纹到达一定尺寸便发生断裂。抗拉强度与疲劳比呈线性关系,抗拉强度与疲劳强度呈二次关系。通过对活塞铝合金微观组织、拉伸、疲劳性能和机制的研究,为活塞材料的工艺研究性能改善提供参考,为提高材料力学性能以及构件的安全使用提供参考依据。
【关键词】：活塞铝合金 不同温度 拉伸性能 疲劳性能 疲劳机制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 铝及铝合金10-12
• 1.1.1 铝及铝合金的概述10
• 1.1.2 铸造铝合金10-11
• 1.1.3 合金元素对铸造铝合金的影响11-12
• 1.2 活塞及活塞材料12-15
• 1.2.1 活塞的基本结构与工作环境12-13
• 1.2.2 活塞材料13-15
• 1.3 材料的疲劳15-19
• 1.3.1 材料疲劳的过程及机理15-16
• 1.3.2 疲劳破坏的影响因素16-18
• 1.3.3 高温疲劳18-19
• 1.4 活塞铝合金的力学性能19-22
• 1.4.1 活塞铝合金的拉伸性能19-20
• 1.4.2 活塞铝合金的疲劳20-21
• 1.4.3 活塞铝合金的研究现状21-22
• 1.5 本课题的提出意义及研究内容22-24
• 1.5.1 本课题的提出意义22-23
• 1.5.2 本课题研究内容23-24
• 第2章 材料、设备及方法24-27
• 2.1 实验材料24
• 2.2 实验设备24
• 2.3 研究内容及方法24-27
• 2.3.1 试样尺寸及加工24-25
• 2.3.2 拉伸实验25-26
• 2.3.3 疲劳实验26
• 2.3.4 金相组织观察26
• 2.3.5 SEM分析26-27
• 第3章 活塞材料不同温度拉伸行为与断裂机制研究27-49
• 3.1 引言27
• 3.2 实验结果27-43
• 3.2.1 不同类型活塞材料的微观组织27-32
• 3.2.2 不同类型活塞材料标准试样高温拉伸性能与断口分析32-38
• 3.2.3 不同处理方式活塞材料标准试样高温拉伸性能与断口分析38-40
• 3.2.4 不同类型活塞材料高温拉伸组织演化规律40-43
• 3.3 分析与讨论43-47
• 3.3.1 活塞材料组织定量分析43-45
• 3.3.2 活塞材料类型对拉伸性能与断裂机制的影响45-47
• 3.3.3 温度对活塞材料拉伸性能与断裂机制的影响47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 活塞材料不同温度疲劳行为与断裂机制研究49-71
• 4.1 引言49
• 4.2 实验结果49-66
• 4.2.1 构件本体活塞材料标准试样高温疲劳性能与断口分析49-57
• 4.2.2 不同处理方式活塞材料标准试样室温疲劳性能与断口分析57-62
• 4.2.3 不同类型活塞材料高温疲劳组织演化规律62-66
• 4.3 分析与讨论66-70
• 4.3.1 活塞材料类型对疲劳性能与断裂机制的影响66-67
• 4.3.2 温度对活塞材料疲劳性能与断裂机制的影响67-68
• 4.3.3 不同处理方式活塞材料疲劳性能研究68-69
• 4.3.4 疲劳性能与拉伸性能之间的关系69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 结论71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;葡研制出新型铝合金材料[J];江苏化工;2000年Z1期

2 瘐晋 ,白杉;铝合金材料新发展⑴——锂-铝合金[J];轻金属;2002年09期

3 钦菊美;;铝合金材料的真空性能[J];真空与低温;1984年02期

4 张六生 ,曹明法;日本和世界的铝合金船[J];材料开发与应用;1991年02期

5 崔凤岐;铝合金汽车──21世纪汽车工业的骄子[J];轻金属;1995年07期

6 朱正吼,陶杰,郭新立;退役飞机薄壁铝合金材料再生技术[J];热加工工艺;1997年06期

7 ;俄制泡沫铝合金[J];上海化工;1999年Z1期

8 ;青海西北铝合金材料集团[J];青海政报;2009年23期

9 许珞萍;非树枝晶铝合金材料研究[J];上海大学学报(自然科学版);2000年03期

10 ;新型耐腐蚀铝合金材料问世[J];有色金属工业;2002年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张新明;;第13章 铝合金材料[A];中国新材料产业发展报告（2010）[C];2011年

2 刘牧东;熊峻江;田本鉴;;铝合金材料低温裂纹扩展性能与寿命试验研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

3 金庆生;傅霖;;略论铸态铝合金及其工艺应用和效益[A];2011重庆市铸造年会论文集[C];2011年

4 叶序彬;张福泽;郭洪全;宋钧;;低温环境下两种铝合金材料疲劳断裂行为研究[A];第十四届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2008年

5 陈江华;;铝合金材料的透射电子显微学[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年

6 徐超;杨尚磊;;铝合金材料的疲劳研究进展[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

7 丁华国;;铝合金熔铸标准化快速配料法[A];2011全国铝及镁合金熔铸技术交流会论文集[C];2011年

8 何家金;艾江云;陈伟;;新型铝合金拉闸的生产技术与应用[A];全国第十二届轻合金加工学术交流会论文集[C];2003年

9 李家骥;;关于铝合金退火稳定性的探讨[A];中国电子学会生产技术分会第五届金属材料及热处理年会论文集（二）[C];1994年

10 余忠土;张梅;孙保良;万紫;邵百明;唐轩;邵光杰;;常用铝合金及其处理工艺[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 王迅;三大因素制约铝合金材料在汽车领域的应用[N];中国有色金属报;2004年

2 ;铝合金 让汽车轻装上路[N];中国汽车报;2002年

3 刘志强 宋黔云;贵州省设立重大专项支持研发高端铝合金[N];中国有色金属报;2007年

4 肖光鸿;西南铝研制出新型铝合金材料[N];中国有色金属报;2003年

5 王宏;世界首条母铝合金材料制造完整生产线诞生[N];中国工业报;2010年

6 记者 张连城;深企拿下母铝合金核心技术 世界首条完整生产线“过关”[N];深圳特区报;2010年

7 过福权;铝合金列车更轻更快[N];中国有色金属报;2011年

8 特约记者 张健;50万吨新型特种铝合金材料产业园项目落户霍市[N];通辽日报;2013年

9 曹祥汉;全国首届铝合金及应用会议召开[N];中国有色金属报;2001年

10 郑开榜;汽车零部件：用铝量与日俱增[N];中国有色金属报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 朱浩;车用铝合金变形损伤和断裂机理研究与材料表征及有限元模拟[D];兰州理工大学;2008年

2 朱明原;非树枝晶铝合金材料的研究[D];上海大学;2000年

3 徐磊;7A04铝合金热流变成形及其构件疲劳性能预测的研究[D];西南交通大学;2013年

4 张恒华;铝合金半固态触变成形技术及其仿真研究[D];上海大学;2004年

5 石s，

本文编号：750024