柴油機鋁合金缸體與鐵基缸套結(jié)合性能研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，輕量化成為實現(xiàn)汽車高性能、低能耗、低排放的重要手段。發(fā)動機作為汽車中最重的部件之一，其輕量化對汽車性能提升有重要意義。柴油發(fā)動機具有功率大、經(jīng)濟性好、熱效率高等優(yōu)點，但由于工作環(huán)境惡劣，對材料的機械性能有很高的要求。為實現(xiàn)柴油機輕量化，常采用鋁合金缸體內(nèi)鑲鑄灰鑄鐵缸套方法。然而，目前該方法存在諸多問題，如有效散熱接觸面積小、接觸面存在雜質(zhì)、界面易產(chǎn)生縫隙等，嚴重影響缸體的使用性能及壽命。本文開展針對柴油機鋁合金缸

2、體與鐵基缸套結(jié)合性能研究，具有較大的實際意義。
　　針對柴油機鋁合金缸體與鐵基缸套結(jié)合特征，基于雙金屬復合的工藝特點，本文進行了缸套表面處理（浸表面改性劑和熱浸鋁）工藝研究，以改善鋁/鐵界面結(jié)合性能。主要研究工作及其結(jié)果概述如下：
　?。?）采用模擬缸套進行復合鑄造試驗研究，通過浸表面改性劑的方法對模擬缸套外表面進行處理，研究不同表面改性劑對鋁/鐵界面結(jié)合性能的影響。研究結(jié)果表明：4％NaCl，6%KF，4%K2ZrF6，1

3、0%ZnCl2，10%X（X為自制溶液）五種單一表面改性劑中，10%X復合鑄件界面性能最好，其界面基本無縫隙，界面剪切力達到59.31kN，為最佳單一表面改性劑；不同濃度X溶液對界面結(jié)合性能的影響差異明顯，當濃度為10%時，其鑄件界面的微觀組織、縫隙率、結(jié)合力等指標均優(yōu)于其他濃度；復合表面改性劑對鋁/鐵界面作用復雜，其中，10%X+4%K2ZrF6和7%K2ZrF6+3%NaCl鑄件界面結(jié)合性能較差，而4%NaCl+6%KF鑄件，界面結(jié)

4、合較緊密，縫隙率為5.08%，但微觀界面出現(xiàn)少量縫隙，其界面性能改善效果不及10%X。
　　（2）采用模擬缸套進行復合鑄造試驗研究，通過熱浸鋁的方法對模擬缸套外表面進行處理，研究了熱浸鋁工藝對鋁/鐵界面結(jié)合性能的影響。研究結(jié)果表明：未+浸鋁鑄件在鋁/鐵交界處存在縫隙，未產(chǎn)生冶金結(jié)合，其界面結(jié)合情況較未處理鑄件有所改善，界面結(jié)合力提高了21.23%，達到60.30kN，縫隙率降至10.99%；改性劑+浸鋁鑄件界面組織及性能均優(yōu)于未+

5、浸鋁鑄件，其界面結(jié)合力達到68.65kN，縫隙率僅2.93%，界面結(jié)合緊密，其鑄件存在Fe-Al、Al-Al兩種界面，F(xiàn)e-Al界面處出現(xiàn)“鋸齒狀”過渡層，其厚度為15-35μm，產(chǎn)生了冶金結(jié)合。
　?。?）綜合分析模擬缸套試驗階段結(jié)果表明，相比于10%X試驗組，改性劑+浸鋁鑄件的界面結(jié)合強度提高了15.75%，縫隙率為2.93%；但改性劑+浸鋁鑄件的Al-Al界面極易產(chǎn)生縫隙，不利于鋁鐵界面結(jié)合性能，會降低缸體的使用壽命。改性劑

6、+浸鋁鑄件的綜合界面性能不如10%X，應將浸10%X溶液作為原缸套驗證試驗的最佳表面處理方案。
　?。?）采用柴油機原缸套進行復合鑄造試驗研究，利用模擬缸套試驗階段確定的最佳表面處理方案，即浸10%X溶液的方法，對柴油機原缸套進行表面改性，并進行鋁合金澆注試驗，驗證表面處理方案的可行性。研究結(jié)果表明：浸表面改性劑處理后，原缸套表面形成了一層致密的保護膜，有效的防止了基體表面的氧化；浸表面改性劑鑄件界面結(jié)合緊密，未出現(xiàn)肉眼可見的縫隙