活塞用Al-Si-Cu-Mg-Ni合金凝固析出Si相和富Ni相的調(diào)控.pdf

1、活塞長(zhǎng)期工作在高溫高壓的惡劣環(huán)境中，承受著極高的周期性熱機(jī)耦合疲勞載荷，活塞合金中粗大的形狀不規(guī)則的初生硅和共晶硅是高周疲勞裂紋萌生的主要源頭，研究Si相的細(xì)化方法是提升活塞合金綜合性能的有效途徑。分別研究了Si含量、稀土元素 Nd、混合稀土La-Ce和超聲場(chǎng)對(duì)活塞用Al-Si-Cu-Mg-Ni系合金的組織演變和力學(xué)性能的影響。通過(guò)光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）等儀器，分析了上述因素對(duì)該合金凝固過(guò)程中析出相的形貌和分布的影

2、響。并用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試研究。確定了稀土的最佳添加量，也確定了超聲的最佳超聲功率和超聲溫度。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴隨著Si含量的增加，活塞合金的熱膨脹系數(shù)在減小，其流動(dòng)性在增加，合金顯微組織中初生Si的等積圓直徑和所占的面積分?jǐn)?shù)都在增加，合金的高溫抗拉強(qiáng)度（350℃、425℃）和延伸率都在減小。⑵當(dāng)Nd含量≤0.3％時(shí)，α-Al基體得以細(xì)化。在Nd含量為0.3%時(shí)，初生硅的等積圓直徑和未添加Nd時(shí)的相比，

3、減小了73%，共晶硅明顯細(xì)化。當(dāng)Nd含量增加至0.8%及以上時(shí)，合金中出現(xiàn)了富稀土相，其力學(xué)性能顯著降低。Nd含量為0.3%時(shí)合金的350℃抗拉強(qiáng)度較未添加Nd時(shí)提高了29.8%。Nd元素聚集在AlCuNi相周?chē)?，造成了成分過(guò)冷，抑制了AlCuNi相的長(zhǎng)大，AlCuNi相由粗大的骨骼狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的棒狀。⑶混合稀土La-Ce對(duì)鋁硅合金中的Si相具有良好的變質(zhì)效果。當(dāng)混合稀土La-Ce含量為0.5%時(shí)，初生 Si的等積圓直徑和共晶 Si的平

4、均長(zhǎng)度均最小，分別為16.7μm和22.12μm。但是混合稀土加入量超過(guò)0.5%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種長(zhǎng)針狀的富稀土相，這種富稀土相的出現(xiàn)，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害活塞合金的力學(xué)性能。當(dāng)混合稀土La-Ce添加含量為0.35%時(shí)，合金的室溫抗拉強(qiáng)度和350℃抗拉強(qiáng)度均達(dá)到最大值，分別為318MPa和124MPa，較未添加混合稀土?xí)r，分別增加了10.0%和30.5%。⑷超聲場(chǎng)促進(jìn)了鋁硅合金內(nèi)等軸狀晶粒的形成，細(xì)化了初生Si、共晶Si。在處理溫度為720℃，超聲功