Bi合金化过共晶Al-Si合金的研究

Bi合金化过共晶Al-Si合金的研究

论文摘要

Bi合金化过共晶Al-Si合金拥有耐磨性高,热膨胀系数低,延伸率和切削加工性能好等一系列优点,并且还有与传统过共晶Al-Si合金A390相媲美的力学性能,因此可应用在活塞、汽车空调压缩机双向斜盘等耐磨性零件上。但是目前国内对Bi合金化过共晶Al-Si合金的研究还非常少。本文通过材料熔铸、热挤压和热处理等工艺成功研制了一种具有良好的力学性能和热膨胀性能的Bi合金化过共晶Al-Si合金,性能达到国外同类产品指标要求。利用高倍视频显微镜、电子探针、扫描电镜等测试手段研究了Bi合金化过共晶Al-Si合金的显微组织。实验结果显示:Bi在组织中以纯Bi相的形式存在;Bi对共晶硅有一定的变质作用,使合金力学性能提高,抗拉强度由207Mpa提高到223Mpa,伸长率由0.8%提高到1.0%。冷却速率是影响合金组织的一个重要因素。通过检测不同冷却速率下Bi合金化过共晶Al-Si合金的显微组织,研究了冷却速率对合金组织的影响。结果表明:随着冷却速率的增加,不但初晶硅和共晶硅细化,Bi的分布也有很大变化。Φ6mm和Φ12mm试棒,冷却速率较大,组织中部分Bi相被包裹在初晶硅中;而在Φ150mm试棒中,由于凝固过程中初晶硅生长速率缓慢,Bi液滴被初晶硅凝固界面推动前进,最终在Al基体中凝固。通过差示扫描量热仪(DSC)测定了不同冷却速率下Bi合金化过共晶Al-Si合金降温曲线。实验结果显示:冷却速率越快,初晶硅的析出温度越低。Φ150mm试棒初晶硅析出温度在680.4℃,而Φ12mm和Φ6mm的试棒初晶硅析出温度分别在598.8℃和585.5℃。研究了热挤压变形对Bi合金化过共晶Al-Si合金组织和性能的影响。结果表明:热挤压变形减小了初晶硅的尺寸,并使其边角钝化,共晶硅也由粗大的板片状变为短杆状,从而使合金的强度、硬度及伸长率均有明显的提高。在相同T6热处理工艺下,合金的抗拉强度由挤压前的240Mpa提高到338Mpa,伸长率由0.7%提高到2.8%,布氏硬度由87.6提高到131。采用膨胀计测定了Bi合金化前后过共晶Al-Si合金的热膨胀系数。结果表明:当温度低于Bi的熔点时,Bi的加入减小了Al-Si合金的膨胀系数,此时含Bi量越高膨胀系数越低;但是,当温度超过Bi的熔点时,Bi使Al-Si合金的膨胀系数增大,并且含Bi量越高膨胀系数越大。研究了热挤压前后AlSiCuBi合金的热膨胀性能,发现挤压变形也可以使AlSiCuBi合金的膨胀系数降低。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 本文的创新与主要贡献
  • 第一章 绪论
  • 1.1 过共晶Al-Si合金国内外研究现状
  • 1.1.1 过共晶Al-Si合金的一般发展概况
  • 1.1.2 Bi合金化过共晶Al-Si合金的发展
  • 1.2 过共晶Al-Si合金的组织特征及性能特点
  • 1.3 过共晶Al-Si合金的强化途径
  • 1.3.1 组织细化
  • 1.3.2 合金化
  • 1.3.3 热处理
  • 1.3.4 变形
  • 1.4 本课题的意义和目的
  • 1.5 主要研究内容
  • 第二章 实验材料和方法
  • 2.1 实验方案及技术路线
  • 2.2 实验材料及熔炼工艺
  • 2.3 挤压工艺
  • 2.4 热处理
  • 2.5 机械性能测试
  • 2.6 金相观察及成分确定
  • 2.7 断口形貌分析
  • 2.8 热分析
  • 2.8.1 热膨胀
  • 2.8.2 DSC
  • 第三章 Bi合金化过共晶Al-Si合金的组织和性能
  • 3.1 引言
  • 3.2 合金成分
  • 3.3 合金铸态组织及性能
  • 3.3.1 组织
  • 3.3.2 性能
  • 3.4 热处理后合金的组织和性能
  • 3.5 冷却速率对合金组织的影响
  • 3.5.1 试验结果
  • 3.5.2 分析和讨论
  • 第四章 变形对Bi合金化过共晶Al-Si合金的影响
  • 4.1 引言
  • 4.2 试验方法
  • 4.3 试验结果与讨论
  • 4.3.1 热挤压对合金组织和性能的影响
  • 4.3.2 热处理
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 Bi合金化过共晶Al-Si合金热膨胀性能研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验原料及设备
  • 5.3 Bi对合金热膨胀性能的影响
  • 5.3.1 实验结果
  • 5.3.2 分析与讨论
  • 5.4 挤压对AlSiCuBi合金热膨胀性能的影响
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录
  • 攻读硕士学位期间发表论文目录
  • 学位论文评阅及答辩情况表
  • 相关论文文献

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