壓縮機活塞Er變質性能強化與重力鑄造過程仿真研究.pdf

1、活塞是往復活塞式制冷壓縮機的關鍵零件，對系統(tǒng)的運行性能、振動和噪聲等有著重要的影響。ZL108合金具有密度小、比強度高、熱膨脹率低和熱傳導率高等優(yōu)點，但是未變質合金共晶硅呈粗大片狀形式分布于α-Al相基體中，對合金性能產(chǎn)生不利影響。本文采用拉伸性能測試、定量金相分析、X射線衍射、掃描電鏡和能譜分析等手段研究了稀土Er對ZL108合金共晶硅的變質作用和機理，同時采用ProCAST軟件對鋁活塞金屬型重力鑄造成形過程進行了數(shù)值模擬，預測并實驗

2、驗證了活塞鑄件縮松缺陷情況。
　　稀土Er主要通過雜質誘發(fā)孿晶機制對共晶硅產(chǎn)生明顯的變質作用，具有良好的變質長效性和重熔性。除極少量固溶于α-Al相外，稀土Er主要以Al3Er金屬間化合物形式析出。當稀土Er加入量超過0.6％時，部分稀土Er以點狀A1SiEr相和針狀AlSiCuEr相存在，針狀AlSiCuEr相對合金基體產(chǎn)生切割作用，對合金性能產(chǎn)生不利影響。當稀土Er含量為最佳加入量0.6％時，共晶硅得到完全變質，由粗大片狀轉變

3、為珊瑚狀結構，其平均長度和長寬比分別為5.84um和3.89，較未變質共晶硅分別減小了73.81％和62.99％，同時α-Al相二次枝晶臂間距為22.0um，較未變質合金減小了32.31％。稀土鋁合金鑄態(tài)抗拉強度和斷后伸長率分別為220.2MPa和2.53％，較未變質合金分別提高了22.20％和39.01％，其拉伸斷裂形式由脆性斷裂向脆性和韌性斷裂的混合斷裂模式轉變。在515℃×5h固溶+205℃×8h時效熱處理過程中，表面能態(tài)較高的珊

4、瑚狀共晶硅球?；Ч己?，合金性能得到進一步提高。
　　采用垂直縫隙式澆注系統(tǒng)的鋁活塞鑄件金屬型重力鑄造過程中，鋁液流動平穩(wěn)，從下向上逐漸充型。在澆注溫度為740℃和模具預熱溫度為250℃時，數(shù)值模擬獲得的鑄件凝固時間為114.1s，活塞部分凝固時間為66.0s。當鑄件最低溫度達到400℃、開模時間達到227s，鑄件最大應力出現(xiàn)在直澆道底端拐角處，為100.2MPa，同時活塞上部應力較大，為85.9MPa。模擬預測活塞銷座上部和頂