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铝合金发动机缸盖材料和铸造工艺的改进
| 论文题名： | 铝合金发动机缸盖材料和铸造工艺的改进 |
| 关键词： | 发动机缸盖;铝合金;铸造工艺;浇注系统;凝固过程;力学性能 |
| 摘要： | 在汽车行业不断发展和人们对节能减排的要求日渐提高,汽车发动机的功率在提高而重量却不断减小。因此,质量轻强度高的铝硅合金材料缸盖正不断取代铸铁材料缸盖而被广泛应用。传统铝硅合金材料主要通过添加Cu、Mg等合金元素提高合金力学性能,但高温力学性能不够理想。本研究在添加Cu、Mg元素的铝硅合金基础加入Ni、Mn、Fe高温强化元素,以提高合金高温力学性能。通过设计两种不同浇注系统,利用铸造模拟软件模拟两种浇注系统的浇注和凝固过程,发现浇注及凝固过程中可能出现的问题及缺陷,并采用相应办法予以改进,选择最优浇注系统。 研究了在铝硅合金中添加Cu、Ni、Mn、Fe合金元素后,铝硅合金的组织和性能。Fe元素在铝合金中通常被当成有害相而被限制添加,但Fe相的高温稳定性和高温强度较高,是铝合金中很好的异相强化相。因此,合理控制Fe相形貌抑制其有害相的析出可大大提高铝硅合金高温性能。发现Cu、Ni、Mn、Fe合金元素添加后在合金基体中析出Al-Ni、Al-Ni-Cu、Al-Ni-Fe-Mn、Al-Ni-Fe-Si等高温强化相,合金高温性能大大提高。在Fe含量较低时Ni元素为合金的主要高温强化元素,这种含Ni的高温强化相在合金组织中析出提高合金的高温力学性能。但随着Ni的添加量增多,含Ni相形态变成较为粗大的块状和板条状,反而降低合金力学性能。在Ni、Mn作用下Fe形态得到很大改善,产生的含Fe相主要为鱼骨状、花瓣状和块状,一定程度上提高合金的力学性能。这些含Fe相在基体中析出与在基体中均匀分布的含Ni相有机结合,在基体中形成封闭和半封闭的网状结构,对铝硅合金的高温力学性能的提高起到很大作用。 对发动机缸盖和所设计的浇冒口系统采用Solidworks创建模型,以铸造模拟软件ProCAST为工具,模拟了金属型重力铸造生产风冷发动机缸盖在不同工艺方案下金属液的充型和凝固过程,对比分析了各方案在充型过程中的液面平稳性、充型完整性、充型时间等情况;在金属液的凝固过程中,整体温度分布、固相率变化、金属液补缩情况和缩孔缩松倾向等。针对模拟过程所出现的缺陷,分析其结构特点和所处的位置,通过在该处顶部加设小冒口,对该部位补缩,能显著消除该位置缺陷,得到质量合格的铸件。 |
| 作者： | 李金磊 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 苏勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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