發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用耐熱稀土鎂合金的開發(fā)研究.pdf

1、Mg-Gd-Y系鎂合金具有高比強(qiáng)度和比剛度、高溫力學(xué)性能優(yōu)異、良好的抗沖擊和抗壓縮能力,密度只有傳統(tǒng)Al-Si活塞鋁合金的70％,而高溫力學(xué)性能比傳統(tǒng)的Al-Si活塞合金高,這些研究結(jié)果為Mg-Gd-Y系鎂合金展開了令人興奮的發(fā)展前景,為Mg-Gd-Y系稀土鎂合金應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞具有一定的可行性和前瞻性。
　　 本文研究了Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(WGZ115)和Mg-10Gd-3Y-0.5Zr(GW103)

2、兩種鑄態(tài)耐熱稀土鎂合金的組織結(jié)構(gòu)、流動(dòng)性、熱裂傾向性、高溫沖擊性能及摩擦磨損性能,并與常用活塞用AC8A、AC9B鋁合金作了對(duì)比;針對(duì)鋁合金和鎂合金在鑄造性能上存在很大的差異,對(duì)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金活塞模具進(jìn)行修改,研究鎂合金活塞縮松縮孔分布、冷隔和澆不足等缺陷產(chǎn)生區(qū)域,找出消除這些缺陷的措施,優(yōu)化活塞金屬型重力鑄造工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu),包括模具預(yù)熱溫度、澆注溫度、澆口位置和方式、補(bǔ)縮冒口位置和方式等,并將WGZ115鎂合金活塞在濟(jì)南輕騎發(fā)

3、動(dòng)機(jī)有限公司ACD-22kW測功室進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。
　　 研究表明,采用金屬型單螺旋流動(dòng)試樣模具,在模具預(yù)熱溫度為150℃,澆注溫度為740℃條件下,AC8A鋁合金流動(dòng)性試樣平均長度為1275mm,GW103鎂合金流動(dòng)性試樣平均長度為565mm,WGZ115鎂合金流動(dòng)性試樣平均長度為674mm,AC8A鋁合金的流動(dòng)性高于WGZ115和GW103鎂合金的流動(dòng)性。
　　 研究表明,采用金屬型約束熱裂棒模具,在模具預(yù)熱溫度

4、為150℃,澆注溫度為740℃條件下,GW103鎂合金和WGZ115鎂合金熱裂傾向性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AC8A鋁合金,即在鑄造過程中,GW103鎂合金和WGZ115鎂合金更易產(chǎn)生熱裂。
　　 研究表明,在相同沖擊溫度下,AC8A鋁合金沖擊功最低,GW103鎂合金沖擊功最高。T6態(tài)GW103鎂合金在20-250℃范圍內(nèi),沖擊功略微增加;在250-350℃范圍內(nèi),沖擊功迅速增加,沖擊值變化達(dá)到0.37J/℃。T6態(tài)WGZ115鎂合金在20-1

5、50℃范圍內(nèi),沖擊功略微增加,其沖擊功與AC8A鋁合金的沖擊功接近;在150-350℃范圍內(nèi),沖擊功逐步增加,沖擊值變化約0.12J/℃。T6態(tài)AC8A鋁合金沖擊功在20-350℃范圍內(nèi)沖擊值略微增加,且數(shù)值較低。
　　 研究表明,對(duì)磨副為鋼球時(shí),WGZ115、GW103、AC8A和AC9B合金磨損質(zhì)量隨著載荷的增加而增大,T6態(tài)AC8A鋁合金的磨損量最大,T6態(tài)WGZ115鎂合金的磨損量最小,說明T6態(tài)WGZ115鎂合金耐磨性

6、最好。磨痕表面呈現(xiàn)磨粒磨損為主要磨損機(jī)制,沿著磨痕方向有大量的變形和犁溝。對(duì)磨副為鑄鐵時(shí),WGZ115、GW103、AC8A和AC9B合金磨損質(zhì)量隨著載荷的增加而增大,在載荷為3N時(shí),T6態(tài)ACSA鋁合金和T6態(tài)WGZ115鎂合金的磨損質(zhì)量差別不大;隨著載荷和摩擦溫度的增加,T6態(tài)AC9B鋁合金的磨損量迅速增大;常溫下T6態(tài)GW103鎂合金磨損量最大。
　　 研究表明,針對(duì)鋁合金和鎂合金在鑄造性能上存在很大的差異,對(duì)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)

7、鋁合金活塞模具進(jìn)行修改如下:1)增加澆鑄系統(tǒng)中直澆道和橫澆道的截面積,同時(shí)減少了在澆鑄過程中模具本身對(duì)金屬液的吸熱和冷卻作用;2)擴(kuò)大澆口杯截面積,增加澆鑄過程中金屬液壓頭和補(bǔ)縮量:3)加大補(bǔ)縮冒口的體積,增加凝固過程中補(bǔ)縮量;4)活塞銷孔加厚;5)加大活塞裙部排氣槽,便于活塞裙部充型完整,活塞裙部易出現(xiàn)冷隔對(duì)應(yīng)的外模上加排氣槽;6)直澆道和側(cè)邊補(bǔ)縮冒口合并,增加金屬液的快速成型,增大直澆道的斜度。采用修改后的模具,GW103鎂合金在熔