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原文传递高强耐热高硅铝合金的制备及其疲劳安全性研究

论文题名：	高强耐热高硅铝合金的制备及其疲劳安全性研究
关键词：	过共晶铝硅合金;成分优化;微观组织;压力铸造;疲劳性能
摘要：	在节能环保、轻量化的大背景下，铝合金的应用前景广阔。随着全球交通运输行业的不断发展，铸造过共晶铝硅合金因其较好的耐磨性能、较高的比强度和耐高温性能，被广泛应用在汽车制造业。这对缓解日益增加的资源和环境之间的矛盾，提高能源利用率具有重要意义。然而，由于近年来伴随着很多因材料失效所导致的重大交通事故，汽车零部件安全隐患持高，对汽车发动机活塞、刹车片等安全性零部件材料性能的要求也不断提高，因此，开发新型高性能、可靠的铸造过共晶铝硅合金并对其安全性评价是促进未来汽车行业发展的前提。　　本课题以开发一种高强耐热高硅铝合金材料为目的，用于汽车发动机活塞、刹车片等安全性部件，通过制定新工艺、新的安全评价标准，为本合金开发提供技术支撑。以铸态B390过共晶铝硅合金为基础合金，系统研究B390合金微观组织和力学性能，通过成分优化，设计优化合金#390，一方面，去除合金中大量高温不稳定的θ-Al2Cu相和长针状的β-Fe相，引入更多高温稳定的δ-Al3CuNi相，提高了合金高温性能；另一方面，由于大量θ-Al2Cu相和长针状β-Fe相的消失，可有效缩短合金的凝固区间，抑制晶粒长大，使合金中粗大的初生Si相和其它析出相发生细化，从而提高合金性能。　　首先通过金属型铸造制备B390和#390合金，通过相图分析和微观组织表征确定两种合金的析出相种类及特征，结果表明：铸态B390铝合金的组织粗大，主要为多角块状的初生Si相、长针状的β-Fe相、珊瑚状的θ-Al2Cu相，而铸态#390铝合金组织相对细小，β-Fe相、θ-Al2Cu相消失，出现δ-Al3CuNi相；#390铝合金的常温和200℃、300℃高温性能均优于B390合金。　　接着，两种合金进行压铸，研究了压铸工艺对合金组织和力学性能的影响；压铸工艺参数、冷却速度对B390过共晶铝硅合金表面贫硅区（耐磨性能）的影响，为合理提高发动机活塞、刹车片等汽车用安全性部件材料表面耐磨性能提供理论支持。结果表明：压铸B390铝合金组织发生细化，β-Fe相变成骨骼汉字状，短棒状的θ-Al2Cu相弥散分布，两者会交缠成较大块状，而压铸#390铝合金析出相更加细小，较多汉字状的δ-Al3CuNi相，呈均匀网状分布，骨骼汉字状的α-Fe相；压铸#390优化合金在室温拉伸性能上明显优于B390铝合金　　最后，对两种合金压铸件进行高温安全疲劳性能评价。在350℃下，通过不同应力幅测试两种合金的疲劳性能，通过对两种合金在疲劳循环过程中的峰值位移变化曲线，应力-位移滞回曲线，S-N曲线和方程模拟，对合金宏观高温疲劳性能进行评价；结合两种合金疲劳断口和侧面的微观组织分析，进一步研究了合金的高温疲劳损伤行为和强化机制。结论如下：压铸#390铝合金与B390铝合金相比，具有更低的稳态扩展速率k值和疲劳强度指数，应力-位移滞回曲线的面积变化不大，更高疲劳循环寿命，压铸#390优化合金疲劳性能更佳；相对于压铸B390合金中的θ-Al2Cu相，#390铝合金中稳定的δ-Al3CuNi相更能提高合金的高温疲劳性能；粗大的初生Si相和针状、块状的金属间化合物是加速裂纹萌生和扩展，降低合金疲劳性能的重要因素；在合金中引入高温强化相是提高合金高温疲劳性能的重要手段。
作者：	张奥健
专业：	安全工程
导师：	陈惠芬;徐春;叶兵;尤伟任
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海应用技术大学
学位年度：	2019