汽車發(fā)動機缸體鋁-鐵雙金屬復合工藝及性能研究.pdf

1、隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車輕量化也發(fā)展迅速，這使得輕質鋁合金復合材料得到了廣泛的應用。鋁/鐵雙金屬復合材料既具備鋁合金質輕、耐腐蝕性好等優(yōu)點，也具有鑄鐵或鋼耐磨性好、強度高等優(yōu)點，使其能夠滿足汽車零件不同部位的不同性能要求，因此它在汽車領域具有廣闊的應用前景。為了滿足鋁合金汽車發(fā)動機缸體汽缸部分耐磨性、導熱性和強度等要求，我們研發(fā)鋁/鐵雙金屬復合鑄造工藝技術制備鋁/鐵雙金屬復合缸體。同時，在控制生產成本的情況下，實現(xiàn)鋁/鐵異種材料間的

2、冶金結合并保證結合質量是研究的重點。
　　為了研究不同復合鑄造工藝對鋁/鐵雙金屬復合材料結合界面的影響，我們分析比較了直接澆鑄、直接熱浸鍍鋁處理后澆鑄和助鍍并熱浸鍍鋁處理后澆鑄所得鋁/鐵雙金屬復合材料試樣的界面結合情況。分析結果發(fā)現(xiàn):直接澆鑄所得試樣的結合界面存在明顯縫隙，僅實現(xiàn)機械結合;而經過熱浸鍍鋁預處理后澆鑄所得試樣的結合界面形成了連續(xù)的中間相層（主要包括Al5Fe2相和Al8Fe2Si相），實現(xiàn)了鋁/鐵冶金結合;同時，助鍍

3、處理可以有效地提高冶金結合質量。此外，我們進一步測試不同處理工藝所得試樣的導熱系數(shù)發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)冶金結合可以明顯改善鋁/鐵復合材料的導熱性能，當冶金結合層厚度為10μm時最佳，其導熱系數(shù)是機械結合的10倍。
　　為了探索Mn元素對鋁/鐵界面組織的影響，本文研究了熱浸含1-5wt％Mn鋁合金熔體預處理后澆鑄所得鋁/鐵雙金屬復合材料試樣的界面組織，經過分析界面形貌和成分發(fā)現(xiàn)，Mn元素明顯促進了連續(xù)中間相層和鋁基過渡層中多面狀Al15(Fe

4、xMn1-x)3Si2相的生長，同時對鋁基過渡層中針片狀相(Al5FeSi相)的形成有抑制作用。在720℃熔體中熱浸2分鐘的情況下，當Mn含量為1.5wt％時，對該復合材料冶金結合過渡層組織形貌的整體改善效果最佳。
　　為改進鋁/鐵雙金屬復合鑄造工藝，同時降低生產成本，本文嘗試將純鋅或鋅合金作為熱浸熔體，結果發(fā)現(xiàn)它們都可以促進鋁/鐵冶金反應，并有效地控制了連續(xù)中間相層的厚度，但隨著熱浸時間的增加，鋁基體側過渡層厚度增加明顯。通過高