由于鑄造Al-Si合金具有強度高和鑄造性能優(yōu)良等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和交通運輸業(yè)。越來越多的Al-Si合金鑄件應(yīng)用于高速列車(如:枕梁),國內(nèi)高速鐵路的迅速發(fā)展對鋁合金鑄件提出更高的質(zhì)量要求。鋁合金設(shè)備有時會出現(xiàn)難以檢測和預(yù)防的疲勞斷裂,這種突然斷裂的失效形式往往給工程帶來難以預(yù)料的危險。此外,高速鐵路需要在低溫下運行,特別是在我們國家的高原地區(qū)以及東北地區(qū)的冬季,室外溫度甚至?xí)_到-40°C。因此,如何提高鑄造Al-Si合金低溫條件下的綜合力學(xué)性能是亟待解決的問題。本文對鑄造Al-Si合金的低溫拉伸性能和疲勞性能進行了研究,主要研究了晶粒尺寸、變質(zhì)、時效和深冷處理對ZL101合金低溫拉伸性能的影響;其次,研究了Si含量對Al-xSi(x=1,4,7,12)-0.3Mg合金低溫拉伸性能的影響;另外,分析了ZL101合金低溫疲勞性能;最后,研究了鑄造缺陷對ZL101合金斷裂行為的影響。結(jié)果表明,通過添加Al-Ti-B晶粒細化劑和增加凝固速率的方式,使合金晶粒細化,從而合金力學(xué)性能提高。通過添加Al-Sr和Al-RE進行復(fù)合變質(zhì),使得合金中粗大板片狀Si相轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿±w維狀,Si相對鋁基體的割裂作用減弱,同時對位錯運動的阻礙作用增強,使合金性能改善。同時,同一工藝條件下的合金低溫強度高于室溫,伸長率相反。隨著時效時間增加,ZL101合金強度先上升后下降,伸長率則相反,在時效7h時合金強度達到最大值。深冷處理使合金內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,在拉伸過程中外界應(yīng)力需要抵消這部分應(yīng)力,使合金強度和伸長率均得到提高;低溫條件下,性能變化規(guī)律與室溫一致。Al-x(x=1,4,7,12)Si-0.3Mg合金低溫強度均高于室溫,其中Al-1Si-0.3Mg伸長率隨著溫度降低而升高,Al-x(x=4,7,12)Si-0.3Mg合金則相反;Al-x(x=1,4,7,12)Si-0.3Mg合金,隨著Si含量增加,合金強度提高,伸長率降低。與20°C相比,在同一應(yīng)變條件下,材料低溫疲勞循環(huán)周次顯著增加,這與裂紋在低溫條件下的萌生門檻值提高以及擴展速率降低緊密相關(guān);在同一溫度下,材料壽命隨著應(yīng)變幅的增加而降低。通過對比分析回收料與純凈合金,研究鑄造缺陷對合金斷裂行為的影響,純凈合金裂紋在Si相附近萌生,并沿著Si相邊緣擴展;利用回收料制備的合金中存在大量鑄造缺陷,裂紋在缺陷處萌生,隨著加載力增加,裂紋擴展至Si相而使Si相斷裂,在裂紋擴展過程中,裂紋擴展方向沿著最大剪切應(yīng)力方向,但當遇到鑄造缺陷時,擴展方向發(fā)生較大改變。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.21
【部分圖文】：

其總儲存量約占地殼質(zhì)量的 7.73%，如圖1.1 所示。鋁及鋁合金具有輕便型、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性良好、可塑性和耐腐蝕性良好等優(yōu)良特性，其產(chǎn)量在金屬材料中僅僅低于鋼鐵材料。由于鋼鐵質(zhì)量較重，相對來說鋁合金在相同的體積下質(zhì)量比較輕，從而鋁開始逐漸在某些方面開始代替鋼。為了滿足汽車、航空等輕量化的需要，目前廣泛采用鋁、鎂等有色金屬鑄件代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵鑄件，對具有優(yōu)良性能的鋁合金需求量越來越大[1,2]。圖 1.1 地殼元素含量百分比Fig. 1.1 Element content percentage of crust鋁合金分為鑄造鋁合金與變形鋁合金兩類，其中鑄造鋁合金主要分為四種，如表1.1 所示。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金優(yōu)勢在于：生產(chǎn)成本低，如無需擠壓等加工工序；生產(chǎn)周期短，可以通過熔煉澆鑄直接獲得鑄件；生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟效益良好[3,4]。鑄造 Al-Si 合金具有優(yōu)良的鑄造性能，該類合金大約為鋁鑄件的 85%~90%，是品種最多、使用最廣的一類鑄造鋁合金[5]。根據(jù) Si 含量不同鑄造 Al-Si 合金可分為：亞共晶共晶和過共晶三種[6]。Si 元素能顯著改善 Al-Si 合金流動性，降低合金熱膨脹系數(shù)，減少熱裂傾向，提高氣密性，并且減少疏松。隨著現(xiàn)代鐵路運輸?shù)母咚侔l(fā)展，為了使得車體重量減輕，更多使用的是鋁合金型材，其中 ZL101 合金被廣泛用于高鐵枕梁。此外，越來越多的高速鐵路需要在比較低的溫度下運行，例如在我們國家的高原地區(qū)以及東北地區(qū)的冬季，室外溫度甚至?xí)_到-40°C。隨溫度的降低鋁合金得以強化

圖 2.1 熔煉設(shè)備Fig. 2.1 Melting equipment圖 2.2 固溶處理設(shè)備Fig. 2.2 Solution treatment equipment

圖 2.1 熔煉設(shè)備Fig. 2.1 Melting equipment圖 2.2 固溶處理設(shè)備Fig. 2.2 Solution treatment equipment

【參考文獻】

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本文編號：2815218