鑄造Al-Si合金具有流動(dòng)性好、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱率高、比強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。眾所周知活塞在服役過(guò)程中經(jīng)受高溫燃?xì)獾难h(huán)載荷作用,這就要求活塞鋁合金必須具備優(yōu)異的高溫強(qiáng)度。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率不斷提高,活塞的工作溫度越來(lái)越高,研究表明柴油機(jī)活塞燃燒室邊緣最高溫度能達(dá)到420℃,因此提高活塞鋁合金的高溫力學(xué)性能是保證發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定服役的關(guān)鍵因素�；谝陨蠁�(wèn)題本文選取最常用的活塞鋁合金體系A(chǔ)l-Si-Cu-Mg-Ni為研究對(duì)象,通過(guò)高溫拉伸探索了溫度、應(yīng)變速率對(duì)拉伸性能的影響,通過(guò)高周疲勞實(shí)驗(yàn)研究了裂紋萌生與擴(kuò)展機(jī)制隨溫度的演變規(guī)律,并基于以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立溫度與抗拉強(qiáng)度、熱暴露參數(shù)與硬度、缺陷尺寸與疲勞強(qiáng)度的定量關(guān)系。本文旨在深入探討活塞鋁合金高溫拉伸和高周疲勞損傷機(jī)制,找到影響高溫靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的關(guān)鍵因素,為活塞鋁合金性能優(yōu)化提供具有一定價(jià)值的參考依據(jù)。本文的主要研究結(jié)果如下:1.研究了溫度對(duì)拉伸性能及其損傷機(jī)制的影響。發(fā)現(xiàn)低于350℃時(shí)斷裂方式為準(zhǔn)解理,超過(guò)350℃時(shí)準(zhǔn)解理與韌窩共存。室溫～250℃時(shí),基體強(qiáng)度較高而韌性較差,斷裂發(fā)生在加工硬化階... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?Ａｌ－Ｓｉ二元相圖

Ａ１基體細(xì)??化方法是熔煉時(shí)添加晶粒細(xì)化劑，如Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ、Ａ１Ｐ等⑶。含有Ｃｕ、Ｍｇ??的鑄造Ａｌ－Ｓｉ合金基體中往往含有納米析出相，它們是在熱處理過(guò)程中形成的，??尺寸為幾到幾百納米不等。文獻(xiàn)報(bào)道和理論計(jì)算表明鑄造Ａｌ－Ｓｉ合金中最常見(jiàn)的??析出相有?ｅ’（Ａｌ２Ｃｕ）、Ｑ（Ａｌ５Ｃｕ２Ｍｇ８Ｓｉ６）、ｐ（Ｍｇ２Ｓｉ）等｜Ｋ４］。如圖?１．２?所示為?Ａ１?基體??中０’和Ｑ相形貌，它們能起到阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用，通過(guò)提高基體的強(qiáng)度來(lái)增??強(qiáng)合金整體的強(qiáng)度。??圖１．２鑄造Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ合金中的析出相＇??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ?ｉｎ?Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ?ａｌｌｏｙ１４１．??鑄造Ａｌ－Ｓｉ合金中第二相種類(lèi)繁多，根據(jù)形貌、成分等可以將這些相劃分為??兩類(lèi)，一類(lèi)是Ｓｉ，另一類(lèi)是金屬間化合物。鑄造Ａｌ－Ｓｉ合金中的Ｓｉ主要有初生??Ｓｉ和共晶Ｓｉ兩種。Ｓｉ是金剛石結(jié)構(gòu)，密排面為｛１１１｝面，密排方向?yàn)椋迹保保埃痉较颉??理論上當(dāng)合金中Ｓｉ的含量超過(guò)共晶點(diǎn)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)１２．６％）時(shí)才會(huì)形成初生Ｓｉ［５］，但??是在工業(yè)生產(chǎn)中由于添加其他合金元素和鑄造工藝的影響，當(dāng)Ｓｉ含量超過(guò)１０％??時(shí)就能形成初生Ｓｉ。鑄造Ａｌ－Ｓｉ合金中的初生Ｓｉ?—般呈塊狀，尺寸在１０?以??４??

?第１章緒論???簇聚集轉(zhuǎn)變?yōu)榛ハ嗒?dú)立分布。如圖１．４所示為Ａｌ－６．５Ｓｉ－０．６Ｍｇ合金鑄態(tài)和固溶態(tài)??的微觀組織，圖１．４（ａ）為鑄態(tài)，圖中Ａ為共晶Ｓｉ，Ｂ、Ｃ為金屬間化合物，可以??看到這些都呈長(zhǎng)條狀。經(jīng)過(guò)固溶后，共晶Ｓｉ轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙�，而金屬間化合物大部??分溶解，剩余的形狀也比較圓滑，如圖１．４（ｂ）所示。??鑄造Ａｌ－Ｓｉ合金的時(shí)效溫度一般在１５０￣２５０?°Ｃ之間［２Ｍ４］，如圖１．５所示為??Ａｌ－７Ｓｉ－ｘＭｇ合金經(jīng)過(guò)５３５?°Ｃ、４?ｈ固溶后，１７０?°Ｃ時(shí)效過(guò)程中的強(qiáng)度變化。在初??始階段抗拉和屈服強(qiáng)度先快速上升達(dá)到最大值，然后隨著時(shí)間延長(zhǎng)緩慢下降。經(jīng)??過(guò)時(shí)效處理后屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都提高了超過(guò)１００?ＭＰａ，可見(jiàn)熱處理是十分有??效的強(qiáng)化途徑。Ｍｅｄｒａｎｏ等發(fā)現(xiàn)Ａ３１９時(shí)效后屈服強(qiáng)度最高可提高８０?ＭＰａ，??Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ合金在１７０°Ｃ時(shí)效后屈服強(qiáng)度最多提高了?１６８ＭＰａ［２５］。熱處理狀態(tài)??對(duì)鑄造鋁合金的力學(xué)行為影響很大，采用較軟的熱處理如Ｔ４時(shí)，變形會(huì)比較均??勻，開(kāi)裂第二相分布也比較均勻。而在Ｔ６態(tài)拉伸時(shí)，應(yīng)變比較小時(shí)就會(huì)發(fā)生不??均勻變形，第二相開(kāi)裂也比較集中［２６］。??４００?????４００????．．＇Ｔ－ｏＵｇ?－？■－０．３１４?Ｍｓ??＾??挪．?：：ｔ．°〇ｔｓＺ３??＊＊??■＊???—？＊??％?＊■?２?ｙ?備令???漠挪?＜?ｉｍｏ－?？??５?＞?／??２００?－?２００?．?｜??ｍ?－?１５０?２??１Ｄ０?ｔ?ｔ?ｌｏｏ????？?？?１???１???＜

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A novel heat-resistant Al–Si–Cu–Ni–Mg base material synergistically strengthened by Ni-rich intermetallics and nano-AlNp microskeletons[J]. Kaiqi Hu,Qingfei Xu,Xia Ma,Qianqian Sun,Tong Gao,Xiangfa Liu.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(03)
[2]變質(zhì)元素對(duì)鑄造Al-Si合金共晶結(jié)晶的作用及機(jī)制[J]. 祖方遒.  鑄造. 2011(11)



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