本文選題：鋁硅活塞合金 + 三維重構�。� 參考：《西安工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：活塞是發(fā)動機的關鍵部件,工況條件極為苛刻,活塞材料因此需要優(yōu)異的綜合性能。為了提高現(xiàn)有鋁硅活塞合金的力學性能,本文采用有限元與實驗結合的方法,通過改變不同第二相(初生硅、共晶硅、富銅鎳相)尺寸與不同微納米相(碳化硅、碳化鈦)對合金進行強化,得到了第二相與微納米相對合金應力應變場及屈服強度的影響規(guī)律。在這個過程中,采集光學金相(OM)以獲取鋁硅活塞合金的顯微組織,并以此進行三維重構,探究活塞合金中第二相的分布與空間結構。使用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)表征復合材料的界面以及顯微結構。通過拉伸實驗與納米壓痕實驗測量材料的力學性能。建立第二相、微納米相的三維數(shù)字模型,并以此為基礎建立代表性體積元模型(RVE)。采用有限元法探究第二相尺寸以及復合材料中的顆粒含量、尺寸、界面結合對材料的力學性能影響,并實驗驗證。結果表明:(1)三維重構結果表明初生硅的空間形貌為多面塊體,共晶硅則為長條狀,所有硅相總體積含量約為12.59%,并且活塞合金中大部分的初生硅與共晶硅相連。鋁化合物的空間結構呈復雜的絲網(wǎng)狀,相對孤立地分布在活塞合金中,連通性較低,其總體積含量約為3.43%。富鐵相的空間形貌為不規(guī)則的塊體,在合金中孤立地分布,含量較少。(2)有限元結果表明初生硅的塊體尖角處易引起應力集中,隨著初生硅的尺寸的變小,尖角處的應力下降,合金強度提高,基體塑性變差。共晶硅為合金屈服強度的主要貢獻者,隨著尺寸的減小合金的強度提高最為明顯。富銅鎳相相對較高的彈性模量使得它在合金體系中成為主要應力承擔者,絲網(wǎng)狀的空間結構有利于合金體系的強化。隨著尺寸的減小對合金的性能貢獻越大,但富銅鎳相在合金中的含量較低,它的力學強化作用在宏觀屈服強度上體現(xiàn)不明顯。(3)在納米Ti Cp/Al復合材料中,TiC對基體有細晶強化作用,強化貢獻使用Hall-Petch公式進行量化納入有限元計算時的基體性能當中,并以此研究了TiC的尺寸與含量對復合材料性能影響。計算結果表明,200nm的TiC強化作用大于500nm的TiC,隨著含量的提升它們都對基體強度起到了強化作用。當含量為5wt.%與3wt.%時,它們的TiCp/Al復合材料屈服強度變化較小,但高含量的顆粒會對基體塑性產(chǎn)生更加不利的影響。采用500nm碳化鈦增強復合材料時,顆粒含量較低的1wt.%與3wt.%的復合材料屈服強度實驗值與預測值較為吻合。(4)SiC_p/Al復合材料中顆粒與基體的界面結合對復合材料性能影響較大,在載荷作用下界面脫粘開裂。當界面強度大于500MPa后復合材料性能提高較少,低于200MPa,復合材料力學性能急劇下降。實驗曲線與200MPa界面強度計算曲線較為吻合。碳化硅的含量大于1wt.%后才有明顯的強化作用,隨著顆粒含量的提升,復合材料屈服強度提高,塑性降低。
[Abstract]:In order to improve the mechanical properties of the existing Al - Si piston alloy , the mechanical properties of the second phase and the second phase in the piston alloy were investigated by means of finite element method . ( 3 ) In the nano - Ti Cp / Al composites , TiC has fine crystal strengthening effect on matrix , and the effect of TiC particle size and content on the properties of composites is studied by using Hall - Petch formula .

【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB333

【參考文獻】

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6 劉坤;徐磊;李雙明;;三維重構技術在金屬材料微觀結構研究中的應用[J];材料導報;2012年19期

7 陳琪云;;鋁合金活塞材料的研發(fā)與應用進展[J];合肥學院學報(自然科學版);2012年03期

8 鄭喜軍;米國發(fā);;碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];熱加工工藝;2011年12期

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2 晏義伍;顆粒尺寸對SiCp/Al復合材料性能的影響規(guī)律及其數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

3 趙秀陽;復合材料三維重構及力學性能的有限元數(shù)值分析[D];山東大學;2006年

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3 謝文平;顆粒增強金屬基復合材料屈服行為的數(shù)值模擬[D];華中科技大學;2012年

4 于敬宇;SiC_p/Al動態(tài)力學性能的數(shù)值模擬和試驗研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

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本文編號：1793107