铸造铝合金交流TIG电弧粉末堆焊工艺的研究

论文摘要

铝合金在汽车发动机中的应用能够减少汽车结构重量,但是铝合金活塞环槽磨损失效问题十分突出。针对该问题,本文采用钨极惰性气体（TIG）电弧堆焊工艺,在铸造铝合金表面通过堆焊Ni35+Al混合粉末,获得Ni-Al金属间化合物强化相,以改善其表面耐磨性能。采用正交试验的方法优化了TIG电弧堆焊工艺参数。以堆焊层成形质量为评价标准,发现堆焊电流、堆焊速度和粉末涂覆厚度均会影响Ni35+Al混合粉末堆焊层的成形质量。堆焊电流和粉末涂覆厚度的影响显著,其中电流主要影响堆焊层表面成形,而粉末涂覆厚度对堆焊层与母材的结合质量影响较大。在优化的工艺窗口内堆焊Ni35+Al的混合粉末,发现随着热输入的增大和规范的增强,堆焊层的熔深增加而堆高减小;而粉末涂覆厚度主要影响了堆焊层的堆高,厚度增加则堆高明显增高。在本试验条件下,Ni35+Al混合粉末的堆焊层有两种典型的显微组织:一类是在弱规范和大粉末涂覆厚度时,显微组织中是以大量的块状Al3Ni+Al3Ni2为主,有少量的α-Al析出;其它条件下,堆焊层的显微组织为亚共晶（Al-Si共晶+α-Al）基底上析出Al3Ni相。并且随着热输入减小、规范减弱和粉末涂覆厚度增加,金属间化合物含量增多。成形最优化参数下获得的Ni35+Al混合粉末堆焊层的宏观硬度由母材的66HV提高到36HRC以上,而磨损量不足母材的1/4。随着粉末涂覆厚度增大,稀释率降低,Ni-Al金属间化合物含量增多,堆焊层的宏观硬度达到54.9HRC。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝合金活塞
• 1.3 发动机环槽面临的问题
• 1.4 铝及其合金的表面改性技术
• 1.5 TIG 表面强化技术
• 1.6 研究目标和内容
• 第2章 试验材料、设备及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 TIG 堆焊设备
• 2.2.2 金相试样制备设备
• 2.2.3 金相分析仪器
• 2.2.4 性能测试仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 母材预处理
• 2.3.2 堆焊方法
• 2.3.3 试验设计方法
• 2.3.4 组织和性能分析方法
• 第3章 TIG 粉末堆焊工艺参数对堆焊层成形的影响
• 3.1 成形质量的评价标准
• 3.2 Ni35 自熔合金粉末TIG 堆焊工艺参数的优化
• 3.2.1 试验条件
• 3.2.2 试验结果与分析
• 3.2.2.1 各因素影响的显著性分析
• 3.2.2.2 各因素对成形质量的影响
• 3.2.3 小结
• 3.3 Ni35+Al 混合粉末 TIG 堆焊工艺参数的优化
• 3.3.1 试验条件
• 3.3.2 试验结果与分析
• 3.3.2.1 各因素影响的显著性分析
• 3.3.2.2 各因素对成形质量的影响
• 3.3.3 小结
• 3.4 Ni35 自熔合金粉末与Ni35+Al 混合粉末堆焊层成形的对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 堆焊工艺对 Ni35+Al 混合粉末TIG 堆焊层显微组织的影响
• 4.1 热输入的影响
• 4.1.1 热输入对堆焊层形状参数和稀释率的影响
• 4.1.2 热输入对堆焊层化学成分及显微组织的影响
• 4.2 规范强度的影响
• 4.2.1 规范强度对堆焊层形状参数和稀释率的影响
• 4.2.2 规范强度对堆焊层化学成分及显微组织的影响
• 4.3 粉末涂敷厚度的影响
• 4.3.1 粉末涂敷厚度对堆焊层形状参数和稀释率的影响
• 4.3.2 粉末涂敷厚度对堆焊层化学成分及显微组织的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 铝合金表面 TIG 堆焊层的耐磨性
• 5.1 表面硬度测试结果与分析
• 5.2 耐磨性能测试结果与分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果