原位合成TiB2-BH135活塞復(fù)合材料組織與性能的研究.pdf

1、活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，承受較大的交變載荷以及熱負(fù)荷，活塞在此條件下循環(huán)工作，承受高壓、高溫的不斷沖擊，工作條件十分惡劣，因此要求活塞合金具有一定的室溫、高溫強(qiáng)度、良好的耐磨性以及小的熱膨脹系數(shù)。以ZL109合金為基礎(chǔ)，發(fā)展的BH135及衍生的活塞材料，性能尤其是高溫條件下的性能已經(jīng)達(dá)到了材料極限，有必要研究一種新材料，彌補(bǔ)傳統(tǒng)活塞材料的不足，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)升功率的不斷增加和對(duì)于活塞壽命不斷增長(zhǎng)的要求，及滿足越來(lái)越嚴(yán)格的排放

2、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)爆壓提升的要求。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于具有高比強(qiáng)度、比剛度和良好的耐磨性、疲勞抗性，及良好的高溫力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，有望成為新一代活塞材料。
　　本文采用混合鹽反應(yīng)法原位合成TiB2顆粒增強(qiáng)BH135復(fù)合材料（TiB2/BH135）。研究中利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)、萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)、熱膨脹儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等現(xiàn)代分析和測(cè)試手段，研究了復(fù)合材料的熱處理工藝、高溫抗拉強(qiáng)度、熱膨脹性能。主

3、要結(jié)論如下：
　　1.原位自生 TiB2顆粒呈典型的四邊形或六邊形，顆粒均勻分布于基體合金中，其平均尺寸約為200nm。TiB2顆粒與Al基體為直接結(jié)合界面，未發(fā)現(xiàn)空洞、界面開(kāi)裂等缺陷。凝固后復(fù)合材料組織中TiB2粒子大多出現(xiàn)在α-Al晶界周圍，原因在于顆粒尺寸較小，凝固過(guò)程中TiB2顆粒被推斥到凝固前沿，最終形成α-Al晶界的顆粒富集區(qū)。
　　2.根據(jù)對(duì)復(fù)合材料時(shí)效特性的研究得到 TiB2/BH135復(fù)合材料的熱處理工藝為

4、525℃固溶1.5h,170℃時(shí)效8h。
　　3.復(fù)合材料具有良好的高溫抗拉性能。在260℃，顆粒的增強(qiáng)效果最好，1.9wt.％TiB2/BH135和8.3wt.% TiB2/BH135復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度分別比基體合金提高了44.6%和62.7%。
　　4.原位TiB2/BH135復(fù)合材料具有比基體合金更低的熱膨脹系數(shù)。熱循環(huán)曲線封閉性好，在室溫時(shí)只有少量的殘余縮短，小于0.01%。在25-150℃區(qū)間，1.9wt.%TiB