高強耐熱Al-Si活塞合金的研究.pdf

1、為提高Al—Si多元活塞合金的高溫強度，本文采用鑄造合金化的方法在工業(yè)試驗條件下研究了Mn、RE、Ni、Fe等幾種微合金化、合金化元素對Al—Si多元活塞合金的高溫強化效果，并探索了擠壓鑄造對活塞合金力學性能的影響。利用掃描電鏡（SEM）、光學顯微鏡（OM）、電子探針（EPMA）、X射線衍射儀（XRD）、差式掃描量熱儀（DSC）等手段，分析了所制備各合金的微觀組織、相組成與種類及一些合金的凝固過程，并對各活塞合金的高溫強化機理進行了探討

2、。 分別研究了微量Mn元素和微量混合RE對ZL109活塞合金的高溫強化效果。發(fā)現(xiàn)隨著合金中Mn含量的增加，ZL109合金中會出現(xiàn)含Mn化合相的演變。其中，加入的微量Mn元素當大多數(shù)存在于樹枝狀的Al9FeNi耐熱相中時其具有最佳的高溫強化效果，再進一步增加Mn含量會導致形態(tài)很差的一種板片狀含Mn相生成，使高溫強化效果變差。研究發(fā)現(xiàn)微量混合RE也可對Al—Si多元活塞合金起到微合金化作用，明顯提高合金的高溫抗拉強度。微量富鈰混合R

3、E的加入可使得合金中AlNiCu耐熱相的數(shù)量增多，體積分數(shù)增大，從而起到熱強化效用。此外，混合RE的加入還可在合金中形成一種新的顆粒狀富RE化合相。 探索了擠壓鑄造方法對Al—Si多元活塞合金力學性能與顯微組織的影響。試驗發(fā)現(xiàn)擠壓鑄造可明顯提高活塞合金的室溫力學性能，但對高溫抗拉強度的提高作用不大，與重力鑄造相比甚至降低合金的高溫抗拉強度。擠壓鑄造可使合金中的共晶Si呈粗棒或塊狀分布，而不再呈重力鑄造合金中典型的針片狀，從而降低

4、了其割裂α—Al基體的不利影響。此外還發(fā)現(xiàn)，擠壓鑄造易促使活塞合金中的Al9FeNi化合相呈粗大狀析出，對合金的高溫強度造成不利影響。 在A牌號高性能活塞合金的基礎上進行了Ni元素的進一步強化探索。試驗發(fā)現(xiàn)，隨著合金中Ni含量的增加，合金組織中的主要耐熱相發(fā)生演變：從網(wǎng)狀的Al3CuNi演變?yōu)榄h(huán)絮狀且呈封閉或半封閉態(tài)分布在α—Al枝晶晶界上的Al9FeNi，最后演變?yōu)槌蚀止菭畹腁l9FeNi。其中，當Al9FeNi呈環(huán)絮狀封閉或

5、半封閉分布在α—Al枝晶晶界上時，合金的高溫強度有最顯著的提高，且室溫、高溫綜合強度最好。 為盡量節(jié)省昂貴元素尤其是Ni在高性能活塞合金中的使用，制備了Fe、Cu、Ni綜合強化的高強耐熱活塞合金。試驗發(fā)現(xiàn)Fe的適量加入可在活塞合金中形成形態(tài)較好的塊狀Al9FeNi耐熱相，對提高合金的高溫強度尤其是350℃以上的高溫抗拉強度有利；但添加過多的Fe則會導致合金中生成形態(tài)很差的粗大Al9FeNi相。此外，在利用Fe、Cu、Ni綜合強化