本文選題：A356鋁合金 + 動(dòng)態(tài)細(xì)化變質(zhì)��； 參考：《江蘇大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：汽車制造發(fā)展的必然趨勢(shì)是輕量化、高效、節(jié)能環(huán)保,其關(guān)鍵技術(shù)是高性能材料,而性能優(yōu)異的鋁合金是滿足這種高性能材料最理想化、最現(xiàn)實(shí)的選擇。當(dāng)前,我國(guó)汽車的鋁化率研發(fā)應(yīng)用水平與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大,有很大的提升空間�；诖�,本課題針對(duì)綜合性能優(yōu)異的A356鋁合金,主要應(yīng)用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的核心部件如缸體、缸蓋,通過(guò)采取相應(yīng)措施,進(jìn)一步優(yōu)化工藝,提升其性能,以滿足缸體、缸蓋承受日益增長(zhǎng)的高功率密度性能要求。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中,特別是在啟動(dòng)、停車或加速、減速時(shí),迅速加熱或冷卻必將引起各種瞬態(tài)熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力相互作用疊加在一起,同時(shí)伴有劇烈的摩擦磨損,致使局部區(qū)域發(fā)生熱疲勞現(xiàn)象,嚴(yán)重地影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命,這就要求鋁合金應(yīng)具有更高的耐磨損性能和抗熱疲勞性能。為此,進(jìn)行了鋁合金摩擦磨損及熱疲勞性能試驗(yàn)的研究,不僅可以充分挖掘材料的潛能,也為擴(kuò)大鋁合金在汽車上的應(yīng)用,提高我國(guó)汽車制造的鋁化率發(fā)展需求提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和重要的實(shí)用參考價(jià)值。本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)由于鑄造A356鋁合金的力學(xué)性能主要取決于組織中α-Al相與共晶Si相,而α-Al相的性能與純鋁相似。因此,為更充分的研究A356鋁合金的細(xì)化變質(zhì),首先對(duì)純鋁進(jìn)行細(xì)化研究,采用熔配法合成制備新型Al-5Ti-1B-1RE中間合金晶粒細(xì)化劑對(duì)其進(jìn)行細(xì)化。從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)角度分析自制的Al-5Ti-1B-1RE中間合金細(xì)化劑的工藝可行性。研究了合成溫度、動(dòng)態(tài)合成、遺傳效應(yīng)試驗(yàn)等工藝對(duì)細(xì)化劑及純鋁細(xì)化效果的影響,并探討了其細(xì)化機(jī)理。通過(guò)對(duì)細(xì)化劑進(jìn)行遺傳效應(yīng)試驗(yàn)處理及動(dòng)態(tài)細(xì)化工藝處理可進(jìn)一步提高純鋁的細(xì)化效果,使純鋁晶粒由粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶,其抗拉強(qiáng)度σb、伸長(zhǎng)率δ細(xì)化后分別達(dá)到77.82MPa、54.36%,較細(xì)化前分別提高了46.83%、132.51%。(2)為達(dá)到更佳的力學(xué)性能,采用自制的Al-5Ti-1B-1RE中間合金細(xì)化劑與Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑對(duì)A356鋁合金進(jìn)行常規(guī)復(fù)合細(xì)化變質(zhì),確定其最佳添加量分別為0.80%、0.30%。細(xì)化變質(zhì)處理可使A356鋁合金中的α-Al相由粗大的枝狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小致密的等軸晶,二次枝晶臂間距(SDAS)顯著變小。共晶硅形貌由粗大的針片狀轉(zhuǎn)變成細(xì)小的纖維狀,達(dá)到完全變質(zhì)效果。為進(jìn)一步提升其性能,試驗(yàn)采取了對(duì)A356鋁合金熔體進(jìn)行動(dòng)態(tài)細(xì)化變質(zhì)處理、對(duì)細(xì)化變質(zhì)劑進(jìn)行遺傳效應(yīng)試驗(yàn)處理、對(duì)A356鋁合金進(jìn)行熔體混合工藝處理以及在A356鋁合金基礎(chǔ)上,添加Cu、Mn、Ti等不同的合金元素,組成新型鋁合金,并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)復(fù)合細(xì)化變質(zhì)處理。通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化出新型鋁合金最佳的綜合力學(xué)性能的化學(xué)成分:Cu的加入量1.80wt%、Mn的加入量0.30wt%、Ti的加入量0.25wt%。并對(duì)新型鋁合金進(jìn)行DSC差熱分析及T6熱處理后,其抗拉強(qiáng)度、布氏硬度與伸長(zhǎng)率分別達(dá)到352.45MPa,114.30HB和5.75%,可以較好地滿足汽車缸體、缸蓋等鑄造用鋁合金的力學(xué)性能要求。(3)研究了鑄態(tài)A356鋁合金、細(xì)化變質(zhì)處理的A356鋁合金、新型鋁合金及經(jīng)T6熱處理的新型鋁合金等四種不同工藝處理的鋁合金的摩擦磨損行為及磨損機(jī)理。研究表明:隨著加載載荷及磨損時(shí)間的增加其質(zhì)量磨損率增加,經(jīng)T6熱處理的新型鋁合金質(zhì)量磨損率最小,耐磨性能最好。其次是新型鋁合金,再次是細(xì)化變質(zhì)處理的A356鋁合金,而鑄態(tài)A356鋁合金的質(zhì)量磨損率最大。鋁合金的耐磨性不僅僅與摩擦層出現(xiàn)氧化物的多少有關(guān),更主要的是與摩擦層致密性,分布均勻性,與基體結(jié)合強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)加載為低載荷時(shí),摩擦層氧化生長(zhǎng)速度小于被磨損的速度,導(dǎo)致摩擦層不含氧化物或含微量氧化物,幾乎無(wú)減磨作用,其磨損機(jī)理為磨粒磨損、粘著磨損、塑性擠出磨損共存。當(dāng)加載為中載荷時(shí),所含氧化物分布較均勻、致密、與基體結(jié)合強(qiáng)度較高的摩擦層具有較好的減磨作用,其磨損機(jī)理為磨粒磨損、粘著磨損和輕微氧化磨損共存。當(dāng)加載為高載荷時(shí),盡管含有更多量的氧化物,但此時(shí)摩擦層已不再致密,易破裂,所具有的保護(hù)作用降低,加之載荷大大增加,其磨損機(jī)理為嚴(yán)重的氧化粘著磨損與剝層磨損的復(fù)合磨損。(4)研究了四種不同工藝處理的鋁合金熱疲勞行為及裂紋擴(kuò)展機(jī)理。結(jié)果表明:熱疲勞裂紋的生長(zhǎng)方式主要為孕育、萌生、擴(kuò)展及失效。在相同的溫度幅下,熱疲勞試樣裂紋萌生壽命從短到長(zhǎng)依次為鑄態(tài)A356鋁合金、細(xì)化變質(zhì)處理的A356鋁合金、新型鋁合金、經(jīng)T6熱處理后的新型鋁合金。在不同溫度幅下,相同狀態(tài)的試樣,溫度幅越大,熱疲勞試樣裂紋萌生壽命越短。同時(shí)發(fā)現(xiàn)第二相顆粒的位向?qū)崞诹鸭y的擴(kuò)展路徑產(chǎn)生重要影響,當(dāng)裂紋尖端擴(kuò)展路徑與第二相顆粒長(zhǎng)軸方向形成小于45°夾角時(shí),裂紋擴(kuò)展將沿著此第二相顆粒的邊緣繼續(xù)向前擴(kuò)展。當(dāng)裂紋尖端擴(kuò)展路徑與第二相顆粒短軸方向形成小于45°夾角時(shí),裂紋將穿過(guò)此第二相顆粒,繼續(xù)向前擴(kuò)展。裂紋在熱應(yīng)力的作用下,裂紋尖端以銳化→鈍化→銳化反復(fù)交替變化,裂紋從其尖端間歇式地以擴(kuò)展→停止→擴(kuò)展的方式不斷地向前行進(jìn)擴(kuò)展,直至試樣失效。
[Abstract]:This paper studies the process feasibility of Al - 5Ti - 1B - 1RE intermediate alloy grain refiner with high performance and high performance . The results are as follows : ( 1 ) In the process of operation , the mechanical properties of Al - 5Ti - 1B - 1RE intermediate alloy are studied . In order to improve the properties of Al - 5Ti - 1B - 1RE intermediate alloy refiner and Al - 10Sr intermediate alloy modificatory agent , the optimal additions of Al - 5Ti - 1B - 1RE intermediate alloy refiner and Al - 10Sr intermediate alloy were investigated . The results showed that the optimum addition of Al - 5Ti - 1B - 1RE was 0.80 % and 0.30 % respectively . ( 3 ) The friction and wear behavior and wear mechanism of aluminum alloy treated by four different processes such as cast A356 aluminum alloy , refined modified A356 aluminum alloy , new aluminum alloy and new aluminum alloy treated by T6 heat treatment were studied . ( 4 ) The thermal fatigue behavior and crack growth mechanism of aluminum alloys treated by four different processes are studied . The results show that the growth mode of thermal fatigue crack is mainly the inoculation , initiation , expansion and failure . The crack initiation life of the hot fatigue crack propagates along the edge of the second phase particle in the same temperature range .

【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.21;TG115.5
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本文編號(hào)：1819878