由于鑄造Al-Si合金具有強(qiáng)度高和鑄造性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和交通運(yùn)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(duì)鋁合金鑄件提出更高的質(zhì)量要求。鋁合金設(shè)備有時(shí)會(huì)出現(xiàn)難以檢測(cè)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(xiǎn)。此外,高速鐵路需要在低溫下運(yùn)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)_(dá)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(duì)鑄造Al-Si合金的低溫拉伸性能和疲勞性能進(jìn)行了研究,主要研究了晶粒尺寸、變質(zhì)、時(shí)效和深冷處理對(duì)ZL101合金低溫拉伸性能的影響;其次,研究了Si含量對(duì)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(duì)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(xì)化劑和增加凝固速率的方式,使合金晶粒細(xì)化,從而合金力學(xué)性能提高。通過添加Al-Sr和Al-RE進(jìn)行復(fù)合變質(zhì),使得合金中粗大板片狀Si相轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小纖維狀,Si相對(duì)鋁基體的割裂作用減弱,同時(shí)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用增強(qiáng),使合金性能改善。同時(shí),同一工藝條件下的合金低溫強(qiáng)度高于室溫,伸長率相反。隨著時(shí)效時(shí)間增加,ZL101合金強(qiáng)度先上升后下降,伸長率則相反,在時(shí)效7h時(shí)合金強(qiáng)度達(dá)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(kuò)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(duì)比分析回收料與純凈合金,研究鑄造缺陷對(duì)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(kuò)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(kuò)展至Si相而使Si相斷裂,在裂紋擴(kuò)展過程中,裂紋擴(kuò)展方向沿著最大剪切應(yīng)力方向,但當(dāng)遇到鑄造缺陷時(shí),擴(kuò)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.21
【部分圖文】：

其總儲(chǔ)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(duì)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(duì)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(shì)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(jì)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(dòng)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(yùn)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(yùn)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)_(dá)到-40°C。隨溫度的降低鋁合金得以強(qiáng)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(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉杰;車暢;潘晴川;王文韶;趙紅健;劉俊友;;變質(zhì)處理和快速冷卻對(duì)Al-27Si合金初晶硅細(xì)化的研究[J];鑄造技術(shù);2017年11期

2 李龍;夏承東;宋友寶;周德敬;;鋁合金在新能源汽車工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J];輕合金加工技術(shù);2017年09期

3 侯隴剛;劉明荔;王新東;莊林忠;張濟(jì)山;;高強(qiáng)7050鋁合金超低溫大變形加工與組織、性能調(diào)控[J];金屬學(xué)報(bào);2017年09期

4 陳濤;趙路遠(yuǎn);李慧;黃俊;吳玉程;;應(yīng)力控制下7075-T651鋁合金的疲勞斷裂行為[J];機(jī)械工程材料;2017年07期

5 胡yN萌;張浩;郭風(fēng)祥;李仁常;張風(fēng)麗;李金華;;LNG運(yùn)輸船用低溫材料的發(fā)展[J];應(yīng)用化工;2017年07期

6 孫亮;羅佳;;鑄造A356鋁合金的拉伸性能與斷口分析[J];現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備;2017年04期

7 張亮;司乃潮;王宏健;;熔體處理對(duì)A356合金組織和性能的影響[J];鑄造;2017年03期

8 田振乾;魏坤霞;魏偉;杜慶柏;胡靜;;深冷處理鋁硅合金的微觀組織與力學(xué)性能[J];金屬熱處理;2017年02期

9 劉金城;;美國“面向未來輕量化創(chuàng)新中心”開展“低成本鋁合金金屬基復(fù)合材料”新研究課題[J];鑄造;2017年01期

10 陳瑞;許慶彥;郭會(huì)廷;夏志遠(yuǎn);吳勤芳;柳百成;;Al-7Si-Mg鑄造鋁合金凝固和熱處理過程微觀組織模擬和屈服強(qiáng)度預(yù)測(cè)[J];稀有金屬;2017年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 馬廣輝;鑄造Al-Si-Mg合金低溫力學(xué)性能及其斷裂行為[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2016年

2 歐陽林輝;溫度環(huán)境對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能影響研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2016年

3 何立子;Al-Mg-Si系合金組織性能[D];東北大學(xué);2001年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫繼鴻;高性能過共晶Al-Si-Cu-Mg合金組織與性能的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2017年

2 劉軍;某車用鋁合金動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及其斷裂失效行為研究[D];寧波大學(xué);2017年

3 秦玉冬;低溫服役條件下高速動(dòng)車組車輪沖擊疲勞壽命研究[D];浙江理工大學(xué);2017年

4 張立軍;高性能耐磨過共晶Al-Si合金的制備[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2016年

5 王娟;2A14合金疲勞行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

6 趙漢卿;低溫真空環(huán)境下2A12合金疲勞行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

7 胡鐵牛;熱處理工藝對(duì)2195鋁鋰合金低溫力學(xué)性能影響規(guī)律研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

8 王立東;活塞用新型鋁合金和SiC_p/Al復(fù)合材料的疲勞行為研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2006年

9 張志平;裂紋擴(kuò)展的簡(jiǎn)明機(jī)理和斷裂力學(xué)中的切線模量理論[D];哈爾濱工程大學(xué);2003年

10 陳飛;多維應(yīng)力狀態(tài)下的高溫低周疲勞壽命預(yù)測(cè)[D];大連理工大學(xué);2002年

本文編號(hào)：2815218