隨著能源缺少、環(huán)境破壞等現(xiàn)象的出現(xiàn),汽車生產(chǎn)等行業(yè)面臨著巨大挑戰(zhàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心部分,它的質(zhì)量約為汽車整體質(zhì)量的20-30%,研究發(fā)動(dòng)機(jī)的減重將對(duì)汽車重量的減少、性能的提高有巨大的意義,達(dá)到實(shí)現(xiàn)汽車低排放和低能耗的新時(shí)代要求。柴油機(jī)具有熱效率高、能量利用率好、節(jié)能性好等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是目前工業(yè)應(yīng)用中最好的機(jī)型。鑄鐵是柴油機(jī)常用的材料,但因其密度大逐漸被鋁合金替代。因此,研究柴油機(jī)用鋁合金對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車的減重有重大意義。A356鑄鋁合金擁有鑄造性能好、導(dǎo)電性好、散熱性強(qiáng)等一系列優(yōu)良性能,在動(dòng)力工具、航空、軍事、汽車等領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用。但柴油機(jī)惡劣的工作環(huán)境,對(duì)A356鑄鋁合金提出了更高的性能要求。目前,主要通過合金化改性、熱處理強(qiáng)化、機(jī)械振動(dòng)等方式,改善A356鑄鋁合金的微觀組織,提高合金的性能。本文主要對(duì)A356鑄鋁合金進(jìn)行Cu、Cr改性和熱處理強(qiáng)化,來(lái)實(shí)現(xiàn)A356鑄鋁合金性能的改善。本文首先采用中頻感應(yīng)爐制備了 A356鑄鋁合金(A1)和A356+0.5%Cu+0.35%Cr鋁合金(A2)。通過采用金相分析和掃描電鏡等檢測(cè)手段表征了合金的微觀組織結(jié)構(gòu),同時(shí)研究了合金的力學(xué)性能。研究了 A1和A2合金不同狀態(tài)的微觀組織結(jié)構(gòu)。經(jīng)過0.025%Sr變質(zhì)的A1和A2合金,Si相由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱硕汤w維狀。A1合金的鑄態(tài)組織主要由α-Al、Si、β-Mg2Si、Al-Si-Fe和Al-Si-Mg-Fe相組成;A2合金鑄態(tài)組織主要由α-Al、Si、θ-CuA12、Al-Si-Mg-Cu 和 Al-Si-Cr-Fe 相組成;A2 合金中 α-Al 平均晶粒尺寸比Al合金有所減小。Al合金固溶態(tài)組織主要由Al-Si-Fe相、Si和過飽和的α-Al固溶體構(gòu)成;A2合金的固溶態(tài)組織由Al-Si-Cr-Fe相、Si和過飽和的α-Al固溶體組成。經(jīng)過時(shí)效處理后Al和A2合金的析出相個(gè)數(shù)有所增加。研究了 Cu、Cr元素的添加對(duì)A356鑄鋁合金力學(xué)性能的影響。對(duì)A1和A2合金鑄態(tài)試樣的性能測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):A2合金的抗拉強(qiáng)度(UTS)、屈服強(qiáng)度(YS)、伸長(zhǎng)率、硬度和蠕變性能比A1合金分別提高了 11.68%、13.14%、5.76%、17.28%和23.05%;A1和A2合金斷口主要的斷裂形式為準(zhǔn)解理斷裂,但A2合金斷口中韌窩數(shù)目較多,韌性稍好;A1合金表現(xiàn)的磨損方式為磨粒磨損,出現(xiàn)了微小的粘著磨損,A2合金表現(xiàn)的磨損方式為磨粒磨損,A2合金的平均摩擦系數(shù)和磨損失重較低,有更好的耐磨性。Cu、Cr元素的添加提高了 A356合金的拉伸性能、硬度、耐磨損和高溫蠕變壓縮性能。研究了時(shí)效工藝對(duì)A2合金微觀組織和抗拉、磨損、硬度等性能的影響。首先對(duì)A2合金進(jìn)行了 500℃×2h+540℃×8h固溶處理,自然時(shí)效12h,之后在300℃下對(duì)合金進(jìn)行0-7h的時(shí)效處理。研究結(jié)果表明:經(jīng)過時(shí)效處理后的A2合金主要斷裂形式為準(zhǔn)解理斷裂;隨著時(shí)效時(shí)間的增加,A2合金中α-Al晶粒尺寸從25μm增加到了 33.55μm;合金的硬度、UTS、YS、伸長(zhǎng)率和析出相的數(shù)量基本都呈先上升后下降的規(guī)律,析出相的平均尺寸呈先下降后上升的規(guī)律;時(shí)效時(shí)間為0.5h時(shí),合金的硬度、UTS和YS最好,比A2合金鑄態(tài)時(shí)分別提高了 63.19%、115.33%和97.08%;時(shí)效時(shí)間為1h時(shí),A2合金的伸長(zhǎng)率最好,磨損失重和平均摩擦系數(shù)最小,比鑄態(tài)時(shí)分別提高了 26.62%、128.57%和25.57%;時(shí)效時(shí)間為0.5和1h時(shí),耐磨性較好,A2合金表現(xiàn)的主要磨損方式為磨粒磨損;時(shí)效時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),A2合金表現(xiàn)的磨損方式由磨粒磨損與粘著磨損組成。綜合分析發(fā)現(xiàn),時(shí)效時(shí)間為0.5-1h時(shí),A2合金具有最佳的微觀組織和力學(xué)性能。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U464.172;TG166.3
【部分圖文】：

１．２邋Ａ３５６鑄鋁合金及研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１鋁合金分類逡逑鋁合金相圖的基本形式如圖１－１。相圖中Ｃ代表了元素的最大飽和溶解度，逡逑也是兩大類鋁合金（變形、鑄造鋁合金）的分割點(diǎn)［１１］。鑄造鋁合金可以通過對(duì)逡逑合金鑄態(tài)試樣進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，來(lái)提高合金的各類力學(xué)性能。因?yàn)殍T鋁合金具有逡逑十分好的鑄造性能，可以直接澆注成各類形狀十分復(fù)雜的零部件。目前，因?yàn)殍T逡逑造鋁硅合金具有一系類好的特性，得到了十分普遍的應(yīng)用［１２］。逡逑▲邐Ｉ逡逑￡邋ｋ邋交`e合免／＾＼鑄造含金逡逑痛邋Ｉ邐：邐／邐！逡逑：熱徎：邋／邐＞砷處理可邐：逡逑Ｉ？化今金１／邐強(qiáng)化臺(tái)金逡逑「丁．７十丨邐！逡逑Ａｌ邐ｒ邐——價(jià)逡逑圖１－］鋁合金一般相圖形式逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｇｅｎｅｒａｌ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ａｌｌｏｙ逡逑２逡逑

ｔｅｎｓｉｌｅ邋ｓｔｒｅｎｇｔｈ，邋ＵＴＳ）呈先緩慢后快速下降的趨勢(shì)，伸長(zhǎng)率則呈現(xiàn)為先快速后平逡逑穩(wěn)降低的趨勢(shì)［１（）］。鐵可以和合金中的一些元素硅、鋁、鎂結(jié)合形成一定量的脆逡逑性相，這些相的成分、尺寸和形貌可以通過冷卻速率來(lái)控制［２４］。圖１－４為含０．５２％逡逑鐵的邋Ａ３５６邋合金中的邋ｐ－Ａｌ５ＦｅＳｉ邋和邋７ｉ－Ａｌ８Ｍｇ３ＦｅＳｉ６相，Ｐ－Ａｌ５ＦｅＳｉ邋相是在邋Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ逡逑合金中最常觀察到的鐵相，在三維是一個(gè)盤狀，在二維呈針狀。當(dāng)有鎂時(shí)，就會(huì)逡逑形成緊實(shí)的７ｉ－Ａｌ８Ｍｇ３ＦｅＳｉ６相，７ｉ－Ａｌ８Ｍｇ３ＦｅＳｉ６相可以獨(dú)自形核，也可以在ｐ相表逡逑面生長(zhǎng)［２５，２６］。通�？梢酝ㄟ^向合金中加入一些合金元素來(lái)改變Ｆｅ相的形貌，減逡逑弱Ｆｅ相對(duì)合金性能的破壞作用，提高合金的性能。較為常用的元素為Ｍｎ和Ｃｒ，逡逑會(huì)在下面的章節(jié)中詳細(xì)闡述。逡逑５逡逑

第二章實(shí)驗(yàn)材料與研宄方法逡逑澆注過程：將熔好的金屬液體在７２０±５°Ｃ澆注到模具中，等到合金凝固冷卻逡逑后，取出合金試樣。澆注所用模具如圖２－３所示。逡逑灥逡逑ａ逡逑ｌ邋＼邐ＩＢ逡逑ｄＵ．墨逡逑圖２－２邋ＫＧＰＳ－５０／２中頻感應(yīng)爐逡逑Ｆｉｇ．２－２邋ＫＧＰＳ－５０／２邋ＩＦ邋ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑．我逡逑圖２－３澆注模具逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍｏｌｄ逡逑２．２．５合金成分測(cè)定逡逑熔煉過程中，因?yàn)樵貢?huì)有所燒損，需對(duì)制備的兩種合金進(jìn)行成分檢測(cè)。本逡逑文合金成分測(cè)試所采用的設(shè)備是東儀直讀光譜儀。逡逑把兩種合金加工成３０ｘ３０ｘ２０ｍｍ的立方體，用金相砂紙將試樣的一個(gè)表面逡逑１８逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2814525