本文關(guān)鍵詞：不同工藝條件下A356鋁合金組織和熱疲勞性能的研究

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【摘要】：當(dāng)前,各國政府對汽車制造業(yè)提出了輕量化、降低汽車能耗、減少污染、提高燃料經(jīng)濟(jì)性的要求。A356鋁合金因其質(zhì)量輕、價格適中、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于制造汽車傳動裝置、發(fā)動機(jī)、輪轂和車身結(jié)構(gòu)件等以實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。但是,近來發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)內(nèi)部眾多鋁制零部件,如缸體、缸蓋、活塞等,在發(fā)動機(jī)的啟動和停止過程由于受到較高的熱應(yīng)力應(yīng)變沖擊發(fā)生熱疲勞破壞,嚴(yán)重影響其使用壽命并存在較大的安全隱患。如何提高鋁合金的熱疲勞性能,拓展其在除汽車行業(yè)以外其他高溫變溫領(lǐng)域的應(yīng)用,成為迫在眉睫的重要難題。為此,本文以A356鋁合金為基體材料,采用復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6熱處理制備出試驗所需5種試樣:鑄態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+T6熱處理態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理態(tài)。借助X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和光學(xué)顯微鏡分析(OM)、力學(xué)性能測試等手段,研究不同工藝對A356合金的力學(xué)性能、微觀組織特征相的形態(tài)及分布,分析其變化規(guī)律和作用機(jī)理。利用自約束型熱疲勞實驗機(jī)研究不同工藝制備的合金在不同溫度幅下的熱疲勞性能,分析熱疲勞裂紋生長行為及機(jī)理。在本試驗條件下,得出以下主要結(jié)論:1、與鑄態(tài)A356合金相比,復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6熱處理三種工藝均能提高A356合金的力學(xué)性能。其中,A356合金經(jīng)復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理復(fù)合工藝后,力學(xué)性能提高最為顯著。抗拉強(qiáng)度達(dá)345MPa,延伸率達(dá)12.3%,布氏硬度為118HB。2、與鑄態(tài)A356合金相比,復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6熱處理三種工藝均能改善A356合金的熱疲勞性能。復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理態(tài)的A356合金的力學(xué)性能、成分均勻性及其微觀組織均勻性最好,該工藝可以制備熱疲勞性能最佳的A356合金。另外,隨熱疲勞實驗中上限溫度的升高,合金的熱疲勞壽命會顯著減少,建議合金應(yīng)用領(lǐng)域溫度不超過400℃。3、5種工藝制備的A356合金裂紋萌生過程相似,即微型凹坑→微觀氧化層內(nèi)產(chǎn)生微坑→微坑長大、數(shù)量變多→微裂紋→裂紋源,主要原因是基體與第二相之間的膨脹系數(shù)不同,在氧化作用的協(xié)同作用下促進(jìn)裂紋源的形成。擴(kuò)展初期,裂紋生長方式以沿晶為主;擴(kuò)展后期,裂紋生長方式以沿晶與穿晶混合為主。裂紋擴(kuò)展方式可以用塑性鈍化模型來解釋。4、5種工藝制備的A356合金的熱疲勞裂紋生長速率呈先增大后減小的趨勢,擴(kuò)展速率取決于裂紋前端應(yīng)力場的應(yīng)力強(qiáng)度因子。在裂紋擴(kuò)展期間,沒有脫離基體的第二相顆粒如Al2Cu相以及形成二次裂紋、裂紋分叉均能起到降低擴(kuò)展速率的作用。5、受Si相形貌和分布影響,裂紋擴(kuò)展主要有兩種方式:“穿過”機(jī)制和"繞過”機(jī)制。在冷熱循環(huán)初期,氧化腐蝕生成的氧化膜能夠保護(hù)基體。隨冷熱循環(huán)次數(shù)的增加,氧化膜不斷遭到破壞,氧化腐蝕產(chǎn)生的附加應(yīng)力和循環(huán)交變應(yīng)力相互疊加,加快裂紋生長。
【關(guān)鍵詞】：A356 復(fù)合工藝 微觀組織 熱疲勞性能 裂紋萌生與擴(kuò)展
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 鋁硅合金概述11-12
• 1.2 提高鋁硅合金性能的主要途徑12-20
• 1.2.1 合金化12-14
• 1.2.2 細(xì)化變質(zhì)處理14-18
• 1.2.3 熱處理18-20
• 1.3 鋁硅合金的熱疲勞性能20-22
• 1.3.1 熱疲勞研究的歷史與現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 影響材料熱疲勞性能的因素21-22
• 1.3.3 熱疲勞試驗方法22
• 1.4 熱疲勞裂紋生長機(jī)理22-25
• 1.4.1 熱疲勞裂紋的萌生22-23
• 1.4.2 熱疲勞裂紋的擴(kuò)展23-25
• 1.5 本文研究目的與意義25-27
• 第二章 試驗材料和方法27-34
• 2.1 研究路線27
• 2.2 實驗材料27-28
• 2.3 試驗設(shè)備28
• 2.4 試驗過程28-29
• 2.4.1 熔煉澆注過程28
• 2.4.2 試樣狀態(tài)和編號28-29
• 2.5 合金性能測試和組織觀察29-34
• 2.5.1 力學(xué)性能測試29-31
• 2.5.2 微觀組織分析31
• 2.5.3 熱疲勞實驗31-34
• 第三章 不同工藝條件下A356合金的組織及力學(xué)性能34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 力學(xué)性能測試34-35
• 3.3 顯微組織觀察35-36
• 3.4 復(fù)合細(xì)化變質(zhì)機(jī)理分析36-39
• 3.5 微合金化形成第二相分析39-41
• 3.6 T6熱處理的影響41-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第四章 不同工藝條件下A356合金的熱疲勞性能44-55
• 4.1 引言44-45
• 4.2 溫度幅對裂紋萌生壽命的影響45-46
• 4.3 溫度對裂紋生長行為的影響46-48
• 4.4 不同工藝條件下A356熱疲勞裂紋形貌48-54
• 4.4.1 冷熱循環(huán)4000次后的熱疲勞裂紋形貌48-50
• 4.4.2 冷熱循環(huán)6000次后的熱疲勞裂紋形貌50-51
• 4.4.3 冷熱循環(huán)8000次后的熱疲勞裂紋形貌51-52
• 4.4.4 冷熱循環(huán)10000次后的熱疲勞裂紋形貌52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 A356合金熱疲勞裂紋的生長行為及機(jī)理55-73
• 5.1 A356合金熱疲勞裂紋的生長行為55-62
• 5.1.1 Si相形貌對熱疲勞裂紋擴(kuò)展的影響55-57
• 5.1.2 第二相對熱疲勞裂紋生長行為的影響57-58
• 5.1.3 縮松、針孔缺陷對熱疲勞裂紋產(chǎn)生的影響58-59
• 5.1.4 高溫氧化作用59-61
• 5.1.5 熱疲勞裂紋分叉與二次裂紋61-62
• 5.2 A356合金熱疲勞裂紋生長機(jī)理62-71
• 5.2.1 熱疲勞裂紋萌生機(jī)理63-68
• 5.2.2 熱疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理68-71
• 5.3 本章小結(jié)71-73
• 第六章 結(jié)論73-75
• 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 致謝81-82
• 碩士期間發(fā)表論文及其他科研成果82

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本文編號：1067040