本文關鍵詞：活塞用Al-Si-Cu鋁合金的高溫疲勞行為

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【摘要】：活塞鋁合金材料具有良好的高溫強度、抗高溫蠕變性、低的線膨脹系數(shù)、尺寸穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性等特點,廣泛應用在發(fā)動機中。由于活塞長期在高溫高壓環(huán)境中工作,疲勞破壞現(xiàn)象時常發(fā)生。為了研究其疲勞破壞機制,本文選擇三種活塞鋁合金(熱處理前后的單鑄材料和熱處理后的構件本體材料)為對象,進行室溫、350℃和425℃的拉伸和疲勞實驗,分別研究其微觀組織、不同溫度的拉伸、疲勞性能和斷口特征,最后系統(tǒng)分析拉伸性能和疲勞性能之間的關系及其對應的斷裂機制。實驗結果表明:原始態(tài)構件本體材料各相均比單鑄材料粗大;熱處理單鑄材料較熱處理前各相組織有所細化。拉伸后,構件本體材料在350℃和425℃出現(xiàn)Mg2Si相;單鑄材料出現(xiàn)MgSiCuNi-Aluminide相。對單鑄材料和構件本體材料各相組織進行了定量分析,隨著大塊初生硅數(shù)量的減小,材料的抗拉強度有所提升。疲勞后,構件本體材料在大塊狀的初生硅上發(fā)生開裂,而單鑄材料中沒有發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。對于拉伸性能,隨著溫度的升高,構件本體材料和單鑄材料的抗拉強度降低,而延伸率增大;無論在室溫下還是在高溫下,單鑄材料的抗拉強度和延伸率均高于構件本體材料;熱處理后單鑄材料室溫的抗拉強度高于熱處理前,但塑性卻不如未熱處理單鑄材料。構件本體材料在屈服階段,初生硅處出現(xiàn)開裂,隨著裂紋的繼續(xù)擴展和小裂紋的匯合,裂紋到達一定尺寸便發(fā)生斷裂;單鑄中有大量的空洞缺陷,在屈服階段,裂紋在鑄造缺陷處萌生,隨后繼續(xù)擴展,遇到孔洞后擴展加速,到達一定尺寸發(fā)生瞬間斷裂。對于疲勞性能,隨著溫度的升高,構件本體材料的疲勞強度降低,抗拉強度的降低比疲勞強度的降低更明顯;室溫下單鑄材料疲勞強度比構件本體材料高;熱處理工藝并沒有使疲勞強度得到提高,簡單提高抗拉強度不能提高疲勞強度。構件本體材料和單鑄材料裂紋源均在近表面的鑄造缺陷處。構件本體材料疲勞裂紋總是從初晶硅和塊狀富鋁相處開裂擴展;單鑄材料不在這些位置開裂,而是傾向于大量的孔洞缺陷,裂紋萌生后繼續(xù)擴展遇到孔洞后裂紋擴展加速,加之小裂紋的匯合,裂紋到達一定尺寸便發(fā)生斷裂�？估瓘姸扰c疲勞比呈線性關系,抗拉強度與疲勞強度呈二次關系。通過對活塞鋁合金微觀組織、拉伸、疲勞性能和機制的研究,為活塞材料的工藝研究性能改善提供參考,為提高材料力學性能以及構件的安全使用提供參考依據(jù)。
【關鍵詞】：活塞鋁合金 不同溫度 拉伸性能 疲勞性能 疲勞機制
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 鋁及鋁合金10-12
• 1.1.1 鋁及鋁合金的概述10
• 1.1.2 鑄造鋁合金10-11
• 1.1.3 合金元素對鑄造鋁合金的影響11-12
• 1.2 活塞及活塞材料12-15
• 1.2.1 活塞的基本結構與工作環(huán)境12-13
• 1.2.2 活塞材料13-15
• 1.3 材料的疲勞15-19
• 1.3.1 材料疲勞的過程及機理15-16
• 1.3.2 疲勞破壞的影響因素16-18
• 1.3.3 高溫疲勞18-19
• 1.4 活塞鋁合金的力學性能19-22
• 1.4.1 活塞鋁合金的拉伸性能19-20
• 1.4.2 活塞鋁合金的疲勞20-21
• 1.4.3 活塞鋁合金的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.5 本課題的提出意義及研究內容22-24
• 1.5.1 本課題的提出意義22-23
• 1.5.2 本課題研究內容23-24
• 第2章 材料、設備及方法24-27
• 2.1 實驗材料24
• 2.2 實驗設備24
• 2.3 研究內容及方法24-27
• 2.3.1 試樣尺寸及加工24-25
• 2.3.2 拉伸實驗25-26
• 2.3.3 疲勞實驗26
• 2.3.4 金相組織觀察26
• 2.3.5 SEM分析26-27
• 第3章 活塞材料不同溫度拉伸行為與斷裂機制研究27-49
• 3.1 引言27
• 3.2 實驗結果27-43
• 3.2.1 不同類型活塞材料的微觀組織27-32
• 3.2.2 不同類型活塞材料標準試樣高溫拉伸性能與斷口分析32-38
• 3.2.3 不同處理方式活塞材料標準試樣高溫拉伸性能與斷口分析38-40
• 3.2.4 不同類型活塞材料高溫拉伸組織演化規(guī)律40-43
• 3.3 分析與討論43-47
• 3.3.1 活塞材料組織定量分析43-45
• 3.3.2 活塞材料類型對拉伸性能與斷裂機制的影響45-47
• 3.3.3 溫度對活塞材料拉伸性能與斷裂機制的影響47
• 3.4 本章小結47-49
• 第4章 活塞材料不同溫度疲勞行為與斷裂機制研究49-71
• 4.1 引言49
• 4.2 實驗結果49-66
• 4.2.1 構件本體活塞材料標準試樣高溫疲勞性能與斷口分析49-57
• 4.2.2 不同處理方式活塞材料標準試樣室溫疲勞性能與斷口分析57-62
• 4.2.3 不同類型活塞材料高溫疲勞組織演化規(guī)律62-66
• 4.3 分析與討論66-70
• 4.3.1 活塞材料類型對疲勞性能與斷裂機制的影響66-67
• 4.3.2 溫度對活塞材料疲勞性能與斷裂機制的影響67-68
• 4.3.3 不同處理方式活塞材料疲勞性能研究68-69
• 4.3.4 疲勞性能與拉伸性能之間的關系69-70
• 4.4 本章小結70-71
• 第5章 結論71-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76

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本文編號：750024