合金元素和熱處理工藝對Al-Si共晶合金高溫力學(xué)性能的影響.pdf

1、隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求也不斷提高，所以亟需研制出能適應(yīng)更高功率發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞材料。Al-Si合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞具有鑄造性能好、熱膨脹系數(shù)小、體積穩(wěn)定性好、高溫強(qiáng)度高、耐磨和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，使得 Al-Si合金成為活塞市場占有量最大的活塞材料。為了適應(yīng)更高功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，迫切的需要提升現(xiàn)有活塞材料的高溫性能。
　　本文利用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、能譜儀(EDS)、拉伸測試機(jī)、光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(

2、XRD)等分析手段研究了 Al-Si共晶合金中添加合金元素后物相微觀結(jié)構(gòu)演變及其對合金的高溫強(qiáng)化作用與機(jī)制，以及熱處理對Al-Si共晶合金高溫性能的影響。
　　Al-Si共晶合金中主要存在的金屬間化合物有 Al3CuNi相、Al7Cu4Ni相、Al4Cu2Mg8Si7相和AlFeSi相。添加Cr元素會(huì)促進(jìn)針狀β-AlFeSi相向魚骨狀α-Al(Fe,Cr)Si相轉(zhuǎn)變，添加Cr元素后Al-Si共晶合金在350℃時(shí)的高溫抗拉強(qiáng)度(UT

3、Ss)下降，塑性上升。這是因?yàn)獒槧瞀?AlFeSi相有比魚骨狀α-Al(Fe，Cr)Si相更好的高溫穩(wěn)定性，更有利于高溫強(qiáng)度的保持。而魚骨狀α-Al(Fe，Cr)Si相比針狀β-AlFeSi相表面更圓潤不易引起應(yīng)力集中，從而有更好的高溫塑性。
　　隨著Er元素含量的增加，Al-Si共晶合金在350℃時(shí)的高溫抗拉強(qiáng)度下降。這主要是因?yàn)樯?Al3(Er,Fe,Cu)(Ni,Si)2相時(shí)消耗了大量 Fe、Cu、Ni等合金元素，使得Al

4、3CuNi、Al7Cu4Ni、β-AlFeSi、Al4Cu2Mg8Si7等重要耐熱相的數(shù)量減少導(dǎo)致了高溫抗拉強(qiáng)度的降低。
　　添加Mg元素的Al-Si共晶合金350℃時(shí)的UTSs得到提升。原因有兩方面，第一方面是添加Mg元素使Al4Cu2Mg8Si7、Al8FeMg3Si6和Mg2Si等富 Mg耐熱相增多有助于提高合金的高溫強(qiáng)度。另一方面是Mg元素使共晶Si網(wǎng)絡(luò)被細(xì)化，網(wǎng)絡(luò)更密集，并且與Al3CuNi、Al7Cu4Ni等耐熱第二相

5、雜合在一起形成新的強(qiáng)度更高的網(wǎng)狀互穿結(jié)構(gòu)，有利于合金高溫強(qiáng)度的提升。
　　T6熱處理后合金350℃時(shí)的UTSs與T5熱處理后的UTSs相比有所降低，共晶 Si的形狀因子也急劇減少。這是因?yàn)橐怨簿?Si為主體的三維網(wǎng)狀互穿結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是高溫時(shí) Al-Si共晶合金中的主要耐熱相，固溶處理能夠削弱共晶 Si三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使其球化，從而導(dǎo)致了 UTSs的下降。但是T6態(tài)熱處理后合金的塑性有所提高，這是因?yàn)榍蚧蟮墓簿i減少了應(yīng)力集中，使得合金