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微合金化对全铝发动机高强度铸造Al-Si合金性能和组织的影响
| 论文题名： | 微合金化对全铝发动机高强度铸造Al-Si合金性能和组织的影响 |
| 关键词： | 全铝发动机;铸造铝-硅合金;微合金化;力学性能;微观组织 |
| 摘要： | 汽车工业正朝着轻量化、高速、舒适、节能、低排放的方向发展，越来越多的汽车采用高性能的铝合金替代钢、铁等传统材料。使用全铝发动机可显著提高发动机和汽车的性能，还可使发动机的重量减轻。本课题通过对铸造Al-Si合金进行微合金化，分析了含微量元素Ni、Cr、Zn对合金的力学性能和显微组织的影响，进一步提高了以Al-7.5Si-3.5Cu-0.35Mg为基体的铸造Al-Si合金的综合性能。 在基体合金中分别添加微量元素Ni、Cr、Zn以考察它们对力学性能和微观组织的影响。实验表明：(1)当Ni的添加量在0.01％～0.03％(wt％)范围内时，随Ni含量的增加，合金的拉伸强度有显著提高而延伸率无显著变化，0.03％Ni的加入生成了一种含微量Ni的光亮片状或网状的复杂θ相，能减少针状或片状含Fe的割裂相，提高合金的强度。(2)当Cr含量0.03％和0.045％时，合金的拉伸强度和延伸率都较高，添加Cr后生成灰白色短棒状或小片状的π相能部分取代针状、片状等含Fe混杂相，减少对合金的割裂作用。(3)Zn含量在0.15％时拉伸强度达到最大，而延伸率随着Zn含量的增加始终降低，Zn是以固溶体而并非相的形式比较均匀的分布在基体组织中。 经正交试验，利用加权综合评价值y*作为合金综合力学性能的评价值，分析表明Cr对试验合金的综合力学性能影响最大，依次是Ni和Zn，最优配比为Ni0.02Cr0.03Zn0.2，此配比下合金的拉伸强度σb达到233.51MPa，延伸率δ为2.46％。在505℃固溶6h+170℃时效8h的热处理工艺下，优化合金的拉伸强度高达374.8MPa。通过建立Ni、Cr和Zn3种元素影响合金综合力学性能的拟合曲线，得出3种元素各自含量的最优取值范围分别为：Ni为0.018％～0.022％，Cr为0.028％～0.032％，Zn为0.18％～0.22％。优化后合金SEM组织和能谱分析表明，新生成的含微量Ni、Cr、Zn的短棒状或粒状的复杂灰白色ω相，能中和Fe的有害作用，对合金基体有一定的钉扎强化作用，还可以诱发Al2Cu相在其周围形核，提高合金的强度。 热处理条件下，添加微量元素新生成的相都趋于圆整、均匀及弥散分布。Al2Cu相在固溶处理时溶入α固溶体中，时效过程中析出，使合金强化。其中添加Cr形成的相大部分都溶解到α(Al)中，析出富Cr的π’相为弥散质点相，起到一定的弥散强化作用；Zn主要是以固溶体的形式存在于合金当中，能促进Al2Cu相的弥散化分布。 通过电磁悬浮熔炼与普通熔炼的对比可以得出，电磁悬浮熔炼合金晶粒尺寸明显减小，初生α相晶粒尺寸变小，共晶Si变得细小致密，分布更均匀，组织间距大大减小，尖锐棱角基本被钝化，气孔、夹杂物等缺陷更少，电磁悬浮熔炼合金的性能要比普通熔炼合金性能优越。 |
| 作者： | 华雄飞 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 司乃潮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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