SiCp-Al-20Si-3Cu梯度復(fù)合材料活塞成型及熱處理工藝研究.pdf

1、Al-Si系鋁合金具備良好的耐熱、耐磨性能，是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化活塞的理想材料。由于冷卻速度高的特性，噴射沉積技術(shù)制備的材料具有晶粒細(xì)小、增強(qiáng)顆粒分布可控等特點(diǎn)，成為拓展 Al-Si合金及其復(fù)合材料在汽車耐磨件特別是活塞部件應(yīng)用的重要方法。由于受噴射沉積工藝的限制，難以制備出如活塞形狀的異型件，據(jù)此，本文提出了采用所制噴射沉積梯度復(fù)合材料，通過(guò)適合的模具和鍛壓工藝，開發(fā)出梯度分布的鋁合金復(fù)合材料活塞，以實(shí)現(xiàn)活塞整體高強(qiáng)韌局部高耐磨的優(yōu)異特

2、性。
　　本論文根據(jù)企業(yè)項(xiàng)目對(duì)活塞零件要求，對(duì)活塞進(jìn)行成型性工藝分析，設(shè)計(jì)了活塞鍛件圖，并結(jié)合鋁合金活塞鍛造技術(shù)以及坯料的SiC顆粒增強(qiáng)梯度復(fù)合這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了能滿足活塞成型要求的預(yù)鍛及終鍛模具。制定了適合活塞成型的鍛壓工藝流程為：沉積制坯-坯料及模具加熱-預(yù)鍛致密化-終鍛成型-取坯，經(jīng)鍛壓驗(yàn)證，得到了外觀優(yōu)質(zhì)的活塞鍛件。
　　開展了對(duì)梯度復(fù)合材料活塞的鍛壓工藝研究，基于預(yù)鍛致密化-終鍛成型組合的活塞成型工藝，研究出適合 S

3、iCp/Al-20Si-3Cu梯度復(fù)合材料的鍛壓工藝參數(shù)。結(jié)果表明：SiCp/Al-20Si-3Cu梯度復(fù)合材料的優(yōu)化鍛壓工藝參數(shù)為變形速率0.05s-1、始鍛溫度465℃、坯料保溫時(shí)間2h，活塞環(huán)槽區(qū)抗拉強(qiáng)度可達(dá)354MPa，伸長(zhǎng)率為6.4％，其環(huán)槽區(qū)致密度可達(dá)98.7%，得到性能良好的活塞，同時(shí)探討了鍛壓工藝參數(shù)對(duì)活塞鍛件組織的影響機(jī)理。
　　研究了所制備的梯度復(fù)合材料活塞鍛件中 SiC顆粒的分布規(guī)律。結(jié)果表明：經(jīng)鍛壓后，活塞

4、鍛件中 SiC顆粒呈梯度分布，活塞壁部?jī)?nèi)、外表面SiC顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿裙部末端至環(huán)槽區(qū)方向均依次增加，其中，環(huán)槽區(qū) SiC含量達(dá)13.6%；另外，相同部位活塞內(nèi)、外表面 SiC含量也表現(xiàn)出差異，外表面中SiC含量均高于內(nèi)表面，且分布規(guī)律受到鍛壓變形量的影響。
　　對(duì)活塞鍛件進(jìn)行了熱處理工藝優(yōu)化，在固溶480℃×1.75h，時(shí)效175℃×8h工藝下，活塞鍛件環(huán)槽區(qū)抗拉強(qiáng)度可達(dá)382MPa，伸長(zhǎng)率為6.0%；其耐磨性能也較未熱處理的活