本文關(guān)鍵詞：鍛造及熱處理工藝對(duì)Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金組織及熱疲勞性能的影響

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【摘要】：本文通過(guò)對(duì)自制的新型Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理、熱鍛處理、T6熱處理。通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試以及OM,SEM和TEM的組織觀察,研究了鍛造熱處理工藝對(duì)Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金組織與綜合性能的影響。同時(shí)研究了新型材料在不增加機(jī)械應(yīng)力的條件下,在自約束熱疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)上模擬發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)活塞工作時(shí)受溫度場(chǎng)的影響。通過(guò)金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡等儀器研究了新型Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金的四種狀態(tài)在溫度漲落過(guò)程中,材料表面裂紋萌生和擴(kuò)展過(guò)程。分析了熱應(yīng)力和組織缺陷對(duì)裂紋生長(zhǎng)的影響以及裂紋萌生和擴(kuò)展機(jī)理、機(jī)制。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的觀察、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),在不同的工藝和循環(huán)周期下合金裂紋萌生的位置和裂紋擴(kuò)展的軌跡。主要研究了疏松、縮孔、氧化腐蝕孔洞等缺陷和第二相的位向?qū)α鸭y的萌生和擴(kuò)展的影響以及在不同溫度幅條件下裂紋生長(zhǎng)的曲線圖。經(jīng)過(guò)研究得到以下主要結(jié)論:1、經(jīng)過(guò)均勻化(500℃,8 h)、鍛造(鍛造溫度450℃~380℃,應(yīng)變速率60 s-1~90 s-1,道次壓縮比10%~20%)、熱處理((固溶480℃,2 h,70℃,水冷),(時(shí)效180℃,6 h))之后,與鑄態(tài)試樣相比,其綜合性能大大提高,抗拉強(qiáng)度為380MPa、硬度為120HV、延伸率為8%。2、在熱鍛的過(guò)程中,粗大的片狀共晶Si相會(huì)在鍛壓力的作用下,發(fā)生碎斷和球化,在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過(guò)程中,形成等軸狀的共晶硅相。在T6熱處理之后,析出大量均勻、彌散分布的納米級(jí)第二相,對(duì)基體起到彌散強(qiáng)化作用。3、實(shí)驗(yàn)從加工硬化與位錯(cuò)密度之間的關(guān)系角度解釋了經(jīng)過(guò)鍛造之后材料強(qiáng)度提高的原因。從位錯(cuò)曲線圖中,可以看出當(dāng)位錯(cuò)密度高于位錯(cuò)最低點(diǎn)ρm之后,強(qiáng)度與位錯(cuò)密度成正比。在鍛造過(guò)程中,位錯(cuò)密度不斷增加,位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生交互作用形成割階,起到加工硬化作用。4、在20?300℃,20?350℃,20?400℃三種溫度環(huán)境下,鍛造熱處理的新型Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg的熱疲勞抗性均優(yōu)于鑄態(tài)、細(xì)化變質(zhì)態(tài)、熱鍛態(tài)。當(dāng)循環(huán)溫度為20?350℃時(shí),其鍛造熱處理試樣的抗熱疲勞性能明顯好于其它三個(gè)試樣。當(dāng)下限溫度(Tmin)不變時(shí),隨著上限溫度(Tmax)的增加,四種狀態(tài)的Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金的承受能力都降低。當(dāng)最高溫度(Tmax)在區(qū)間300~350℃時(shí),材料的溫度敏感性要稍微高于溫度區(qū)間在350~400℃。5、四種試樣在熱循環(huán)的過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)氧化腐蝕孔洞現(xiàn)象,但鍛造熱處理的試樣上出現(xiàn)的孔洞最少。當(dāng)孔洞ρ較大時(shí)可延緩裂紋的萌生。與晶內(nèi)針孔狀疏松相比,晶界疏松缺陷更易導(dǎo)致裂紋的形成和擴(kuò)展。鍛造之后的試樣,晶體內(nèi)存在微裂紋會(huì)虛弱試樣的抗熱疲勞性能。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG146.21;TG319;TG166.3

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