高性能耐磨过共晶Al-Si合金的制备

发布时间：2017-07-29 10:23

  本文关键词：高性能耐磨过共晶Al-Si合金的制备

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【摘要】：过共晶Al-Si合金具有硬度高、耐磨性好、线膨胀系数小、密度低等优点,是理想的汽车用活塞材料。但常规方法制备的过共晶Al-Si合金组织中粗大块状的初生Si相和针片状的共晶Si相严重影响合金的综合力学性能,因此改善初生Si及共晶Si的形貌成为国内外过共晶Al-Si合金应用研究的重点。本文采用不同的成形工艺和热处理方法改善合金的显微组织,从而强化合金的力学性能。采用电磁搅拌、超声波熔体处理、挤压铸造三种方法制备过共晶Al-Si合金,研究以上三种方法对过共晶Al-Si合金显微组织及力学性能的影响。研究表明,电磁搅拌、超声波熔体处理、挤压铸造方法均可以对合金的显微组织起到一定的改善作用,并在一定程度上提高合金的力学性能。但经过对比分析发现,挤压铸造方法对于合金显微组织的改善和力学性能的提高作用更加明显。随着挤压铸造比压的增加,合金显微组织中初生Si相数量逐渐减少,初生α-Al枝晶数量逐渐增加。当比压为598MPa时合金的综合力学性能较好,此时合金的布氏硬度为66.8HB,抗拉强度为153MPa,伸长率为5.25%,相比于重力铸造,分别提高了12.08%、31.90%、173.44%。选取不同Si含量的过共晶Al-Si合金,研究在同一比压下(598MPa)挤压铸造过共晶Al-xSi合金显微组织和力学性能的变化。在同一比压下,随着Si含量的增加,合金显微组织中初生Si的数量逐渐增多,初生α-Al枝晶数量逐渐减少。挤压铸造过共晶Al-(15、17.5、22)Si合金显微组织中初生Si的等效圆直径分别为5.59μm、9.22μm、14.30μm。挤压铸造后合金的综合力学性能显著增加,且随着Si含量的增加,合金的磨损量明显降低,其中挤压铸造过共晶Al-22Si合金的耐磨性较为良好,其磨损量取得最低值为4.9mg,摩擦系数为0.3151。通过对挤压铸造过共晶Al-Si合金进行均匀化处理,研究均匀化处理对挤压铸造过共晶Al-Si合金显微组织及力学性能的影响。在实验时间范围内,随着均匀化处理时间的增加,Si相的形貌逐渐圆整,合金的塑性得到较大提高。当均匀化处理时间为12h时,合金的综合力学性能较好,此时合金的布氏硬度为54.5HB,抗拉强度为142MPa,伸长率达到11.40%,磨损量为6.5mg,摩擦系数为0.3231。
【关键词】：过共晶Al-Si合金 挤压铸造 均匀化处理 磨损量
【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10-20
• 1.1 铸造铝合金10-12
• 1.1.1 活塞用Al-Si合金10-11
• 1.1.2 过共晶Al-Si合金11-12
• 1.2 超声波熔体处理技术概述12-13
• 1.2.1 超声波处理原理12
• 1.2.2 超声波熔体处理的应用现状12-13
• 1.3 电磁搅拌技术概述13-14
• 1.4 挤压铸造工艺14-15
• 1.5 摩擦磨损行为简述15-16
• 1.5.1 概述15-16
• 1.5.2 磨损的实质及其分类16
• 1.6 铝合金的均匀化处理工艺16-18
• 1.6.1 均匀化处理的作用16-17
• 1.6.2 铝合金铸锭均匀化处理工艺17-18
• 1.6.3 制定均匀化处理工艺的原则18
• 1.7 主要研究内容18-20
• 第2章 实验材料及方法20-25
• 2.1 实验材料20
• 2.2 合金的制备20-22
• 2.2.1 合金的熔炼20
• 2.2.2 超声波熔体处理20-21
• 2.2.3 电磁搅拌21
• 2.2.4 挤压铸造21
• 2.2.5 均匀化处理21-22
• 2.3 合金的显微组织观察22-23
• 2.3.1 组织观察22
• 2.3.2 定量金相分析22-23
• 2.4 合金的力学性能测试23-25
• 2.4.1 拉伸性能测试23
• 2.4.2 硬度测试23-24
• 2.4.3 耐磨性能测试24-25
• 第3章 熔体处理及成形工艺对过共晶Al-Si合金显微组织及力学性能的影响25-35
• 3.1 超声波熔体处理对过共晶Al-Si合金显微组织及力学性能的影响25-27
• 3.1.1 超声波熔体处理对过共晶Al-Si合金力学性能的影响25-26
• 3.1.2 超声波熔体处理对过共晶Al-Si合金显微组织的影响26-27
• 3.2 电磁搅拌对过共晶Al-Si合金显微组织及力学性能的影响27-29
• 3.2.1 电磁搅拌对过共晶Al-Si合金力学性能的影响27
• 3.2.2 电磁搅拌对过共晶Al-Si合金显微组织的影响27-29
• 3.3 挤压铸造对过共晶Al-Si合金显微组织及力学性能的影响29-34
• 3.3.1 挤压铸造对过共晶Al-Si合金力学性能的影响29-30
• 3.3.2 挤压铸造对过共晶Al-Si合金显微组织的影响30-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 挤压铸造对过共晶Al-xSi合金的显微组织及力学性能的影响35-46
• 4.1 挤压铸造对过共晶Al-xSi合金力学性能的影响35-37
• 4.2 挤压铸造对过共晶Al-xSi合金摩擦磨损性能的影响37-40
• 4.3 合金磨损表面形貌分析40-42
• 4.4 挤压铸造对过共晶Al-xSi合金显微组织的影响42-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 均匀化处理对挤压铸造过共晶Al-Si合金显微组织及力学性能的影响46-59
• 5.1 均匀化处理对挤压铸造过共晶Al-Si合金力学性能的影响46-48
• 5.2 均匀化处理对挤压铸造过共晶Al-Si合金摩擦磨损性能的影响48-52
• 5.3 合金磨损表面形貌分析52-53
• 5.4 均匀化处理对挤压铸造过共晶Al-Si合金显微组织的影响53-57
• 5.5 磨损机理分析57
• 5.6 本章小结57-59
• 第6章 结论59-60
• 参考文献60-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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本文编号：588739