柴油机用Cu、Cr改性A356铸铝合金时效工艺研究

发布时间：2020-09-08 19:03

　　随着能源缺少、环境破坏等现象的出现,汽车生产等行业面临着巨大挑战。发动机是汽车的核心部分,它的质量约为汽车整体质量的20-30%,研究发动机的减重将对汽车重量的减少、性能的提高有巨大的意义,达到实现汽车低排放和低能耗的新时代要求。柴油机具有热效率高、能量利用率好、节能性好等优点,被认为是目前工业应用中最好的机型。铸铁是柴油机常用的材料,但因其密度大逐渐被铝合金替代。因此,研究柴油机用铝合金对实现汽车的减重有重大意义。A356铸铝合金拥有铸造性能好、导电性好、散热性强等一系列优良性能,在动力工具、航空、军事、汽车等领域得到了普遍应用。但柴油机恶劣的工作环境,对A356铸铝合金提出了更高的性能要求。目前,主要通过合金化改性、热处理强化、机械振动等方式,改善A356铸铝合金的微观组织,提高合金的性能。本文主要对A356铸铝合金进行Cu、Cr改性和热处理强化,来实现A356铸铝合金性能的改善。本文首先采用中频感应炉制备了 A356铸铝合金(A1)和A356+0.5%Cu+0.35%Cr铝合金(A2)。通过采用金相分析和扫描电镜等检测手段表征了合金的微观组织结构,同时研究了合金的力学性能。研究了 A1和A2合金不同状态的微观组织结构。经过0.025%Sr变质的A1和A2合金,Si相由针状转变为了短纤维状。A1合金的铸态组织主要由α-Al、Si、β-Mg2Si、Al-Si-Fe和Al-Si-Mg-Fe相组成;A2合金铸态组织主要由α-Al、Si、θ-CuA12、Al-Si-Mg-Cu 和 Al-Si-Cr-Fe 相组成;A2 合金中 α-Al 平均晶粒尺寸比Al合金有所减小。Al合金固溶态组织主要由Al-Si-Fe相、Si和过饱和的α-Al固溶体构成;A2合金的固溶态组织由Al-Si-Cr-Fe相、Si和过饱和的α-Al固溶体组成。经过时效处理后Al和A2合金的析出相个数有所增加。研究了 Cu、Cr元素的添加对A356铸铝合金力学性能的影响。对A1和A2合金铸态试样的性能测试结果进行分析发现:A2合金的抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)、伸长率、硬度和蠕变性能比A1合金分别提高了 11.68%、13.14%、5.76%、17.28%和23.05%;A1和A2合金断口主要的断裂形式为准解理断裂,但A2合金断口中韧窝数目较多,韧性稍好;A1合金表现的磨损方式为磨粒磨损,出现了微小的粘着磨损,A2合金表现的磨损方式为磨粒磨损,A2合金的平均摩擦系数和磨损失重较低,有更好的耐磨性。Cu、Cr元素的添加提高了 A356合金的拉伸性能、硬度、耐磨损和高温蠕变压缩性能。研究了时效工艺对A2合金微观组织和抗拉、磨损、硬度等性能的影响。首先对A2合金进行了 500℃×2h+540℃×8h固溶处理,自然时效12h,之后在300℃下对合金进行0-7h的时效处理。研究结果表明:经过时效处理后的A2合金主要断裂形式为准解理断裂;随着时效时间的增加,A2合金中α-Al晶粒尺寸从25μm增加到了 33.55μm;合金的硬度、UTS、YS、伸长率和析出相的数量基本都呈先上升后下降的规律,析出相的平均尺寸呈先下降后上升的规律;时效时间为0.5h时,合金的硬度、UTS和YS最好,比A2合金铸态时分别提高了 63.19%、115.33%和97.08%;时效时间为1h时,A2合金的伸长率最好,磨损失重和平均摩擦系数最小,比铸态时分别提高了 26.62%、128.57%和25.57%;时效时间为0.5和1h时,耐磨性较好,A2合金表现的主要磨损方式为磨粒磨损;时效时间较长时,A2合金表现的磨损方式由磨粒磨损与粘着磨损组成。综合分析发现,时效时间为0.5-1h时,A2合金具有最佳的微观组织和力学性能。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U464.172;TG166.3
【部分图文】：

相图,铝合金,相图,形式

１．２邋Ａ３５６铸铝合金及研究现状逡逑１．２．１铝合金分类逡逑铝合金相图的基本形式如图１－１。相图中Ｃ代表了元素的最大饱和溶解度，逡逑也是两大类铝合金（变形、铸造铝合金）的分割点［１１］。铸造铝合金可以通过对逡逑合金铸态试样进行热处理强化，来提高合金的各类力学性能。因为铸铝合金具有逡逑十分好的铸造性能，可以直接浇注成各类形状十分复杂的零部件。目前，因为铸逡逑造铝硅合金具有一系类好的特性，得到了十分普遍的应用［１２］。逡逑▲逦Ｉ逡逑￡邋ｋ邋交`e合免／＾＼铸造含金逡逑痛邋Ｉ逦：逦／逦！逡逑：热徎：邋／逦＞砷处理可逦：逡逑Ｉ？化今金１／逦强化台金逡逑「丁．７十丨逦！逡逑Ａｌ逦ｒ逦——价逡逑图１－］铝合金一般相图形式逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｇｅｎｅｒａｌ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ａｌｌｏｙ逡逑２逡逑

形貌,铸态,微观组织,合金

ｔｅｎｓｉｌｅ邋ｓｔｒｅｎｇｔｈ，邋ＵＴＳ）呈先缓慢后快速下降的趋势，伸长率则呈现为先快速后平逡逑稳降低的趋势［１（）］。铁可以和合金中的一些元素硅、铝、镁结合形成一定量的脆逡逑性相，这些相的成分、尺寸和形貌可以通过冷却速率来控制［２４］。图１－４为含０．５２％逡逑铁的邋Ａ３５６邋合金中的邋ｐ－Ａｌ５ＦｅＳｉ邋和邋７ｉ－Ａｌ８Ｍｇ３ＦｅＳｉ６相，Ｐ－Ａｌ５ＦｅＳｉ邋相是在邋Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ逡逑合金中最常观察到的铁相，在三维是一个盘状，在二维呈针状。当有镁时，就会逡逑形成紧实的７ｉ－Ａｌ８Ｍｇ３ＦｅＳｉ６相，７ｉ－Ａｌ８Ｍｇ３ＦｅＳｉ６相可以独自形核，也可以在ｐ相表逡逑面生长［２５，２６］。通常可以通过向合金中加入一些合金元素来改变Ｆｅ相的形貌，减逡逑弱Ｆｅ相对合金性能的破坏作用，提高合金的性能。较为常用的元素为Ｍｎ和Ｃｒ，逡逑会在下面的章节中详细阐述。逡逑５逡逑

浇注模

第二章实验材料与研宄方法逡逑浇注过程：将熔好的金属液体在７２０±５°Ｃ浇注到模具中，等到合金凝固冷却逡逑后，取出合金试样。浇注所用模具如图２－３所示。逡逑灥逡逑ａ逡逑ｌ邋＼逦ＩＢ逡逑ｄＵ．墨逡逑图２－２邋ＫＧＰＳ－５０／２中频感应炉逡逑Ｆｉｇ．２－２邋ＫＧＰＳ－５０／２邋ＩＦ邋ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑．我逡逑图２－３浇注模具逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍｏｌｄ逡逑２．２．５合金成分测定逡逑熔炼过程中，因为元素会有所烧损，需对制备的两种合金进行成分检测。本逡逑文合金成分测试所采用的设备是东仪直读光谱仪。逡逑把两种合金加工成３０ｘ３０ｘ２０ｍｍ的立方体，用金相砂纸将试样的一个表面逡逑１８逡逑

【参考文献】