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离心铸造铝基梯度复合材料缸套组织及性能的研究
| 论文题名： | 离心铸造铝基梯度复合材料缸套组织及性能的研究 |
| 关键词： | 离心铸造工艺;铝基梯度;复合材料;气缸套;组织性能 |
| 摘要： | 与常用的铸铁缸套相比，过共晶铝硅合金气缸套具有明显的优势，例如质量轻、功率高、污染物排放少等。但是目前为止铝合金气缸套的应用仅限于赛车及高端汽车领域，较高的成本及复杂的工艺限制了其推广应用。为此本文使用离心铸造制备铝基梯度复合材料气缸套，实验中以 Al-20Si合金为基础合金，研究了不同Mg含量对合金组织的影响，优化了离心铸造工艺，分析了缸套的热处理组织及性能。 研究结果表明：当Mg含量为0％、1.5%、3%时缸套毛坯中只有初晶Si颗粒，不含初晶Mg2Si颗粒，且初晶Si颗粒呈现由外壁到内壁逐渐增多的渐变梯度分布特征。当Mg含量大于等于4.5%时，组织不仅含有初晶Si颗粒，还出现了黑色块状初晶 Mg2Si颗粒，初晶颗粒具有明显分层的梯度分布特征。分析并计算初晶颗粒在离心场中的受力，发现Mg2Si颗粒的移动速率约为Si颗粒的2.56倍，Mg2Si颗粒能够推动初晶 Si颗粒向内侧运动，从而形成明显分层的梯度分布特征。因此基体之中的Mg2Si颗粒是制备明显分层的功能梯度复合材料的关键因素。 对离心铸造工艺进行优化，当浇注温度690℃，金属铸型温度200℃，离心转速为1450r/min时，得到的铸件外表面光滑，内表面无热裂纹，内部气孔基本消除，缩孔有所减小，初晶颗粒梯度分布明显，增强层厚度满足缸套的加工要求，但是由于双向凝固而形成的缩孔无法通过工艺参数优化完全消除。为了消除缺陷的影响，设计了全新的浇道并使用Anycasting铸造模拟软件对铸造过程进行模拟，分析模拟结果发现，使用优化后的浇道，可以改变铸件中缩孔缩松的位置，使缺陷转移到铸件的外端面，最终通过加工去除缺陷，得到内部无缺陷的缸套成品。 对铸件毛坯进行T6热处理，试样的微观组织发生变化，初晶颗粒有圆润化的趋势，共晶组织逐渐由棒状、网络状转变为点球状。热处理之后硬度有所提升；抗拉强度固溶后升高，时效处理之后略有下降，整体高于铸态；试样的耐磨性能在热处理之后有所提升。 |
| 作者： | 曾博 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 张春香;关绍康 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 郑州大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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