不同工藝條件下A356鋁合金組織和熱疲勞性能的研究.pdf

1、當(dāng)前，各國政府對汽車制造業(yè)提出了輕量化、降低汽車能耗、減少污染、提高燃料經(jīng)濟性的要求。A356鋁合金因其質(zhì)量輕、價格適中、比強度高等優(yōu)點被廣泛用于制造汽車傳動裝置、發(fā)動機、輪轂和車身結(jié)構(gòu)件等以實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。但是，近來發(fā)現(xiàn)發(fā)動機內(nèi)部眾多鋁制零部件，如缸體、缸蓋、活塞等，在發(fā)動機的啟動和停止過程由于受到較高的熱應(yīng)力應(yīng)變沖擊發(fā)生熱疲勞破壞，嚴(yán)重影響其使用壽命并存在較大的安全隱患。如何提高鋁合金的熱疲勞性能，拓展其在除汽車行業(yè)以外其他高溫變

2、溫領(lǐng)域的應(yīng)用，成為迫在眉睫的重要難題。為此，本文以A356鋁合金為基體材料，采用復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6熱處理制備出試驗所需5種試樣：鑄態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+T6熱處理態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理態(tài)。借助X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和光學(xué)顯微鏡分析(OM)、力學(xué)性能測試等手段，研究不同工藝對A356合金的力學(xué)性能、微觀組織特征相的形態(tài)及分布，分析其變化規(guī)律和作用機理。利用

3、自約束型熱疲勞實驗機研究不同工藝制備的合金在不同溫度幅下的熱疲勞性能，分析熱疲勞裂紋生長行為及機理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴與鑄態(tài)A356合金相比，復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6熱處理三種工藝均能提高A356合金的力學(xué)性能。其中，A356合金經(jīng)復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理復(fù)合工藝后，力學(xué)性能提高最為顯著?？估瓘姸冗_(dá)345MPa，延伸率達(dá)12.3％，布氏硬度為118HB。⑵與鑄態(tài)A356合金相比，復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6

4、熱處理三種工藝均能改善 A356合金的熱疲勞性能。復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理態(tài)的A356合金的力學(xué)性能、成分均勻性及其微觀組織均勻性最好，該工藝可以制備熱疲勞性能最佳的A356合金。另外，隨熱疲勞實驗中上限溫度的升高，合金的熱疲勞壽命會顯著減少，建議合金應(yīng)用領(lǐng)域溫度不超過400℃。⑶5種工藝制備的A356合金裂紋萌生過程相似，即微型凹坑→微觀氧化層內(nèi)產(chǎn)生微坑→微坑長大、數(shù)量變多→微裂紋→裂紋源，主要原因是基體與第二相之間的膨脹系

5、數(shù)不同，在氧化作用的協(xié)同作用下促進(jìn)裂紋源的形成。擴展初期，裂紋生長方式以沿晶為主；擴展后期，裂紋生長方式以沿晶與穿晶混合為主。裂紋擴展方式可以用塑性鈍化模型來解釋。⑷5種工藝制備的A356合金的熱疲勞裂紋生長速率呈先增大后減小的趨勢，擴展速率取決于裂紋前端應(yīng)力場的應(yīng)力強度因子。在裂紋擴展期間，沒有脫離基體的第二相顆粒如 Al2Cu相以及形成二次裂紋、裂紋分叉均能起到降低擴展速率的作用。⑸受Si相形貌和分布影響，裂紋擴展主要有兩種方式：“