电解加钛ZL108合金力学性能研究

论文摘要

ZL108合金是目前国内发动机活塞材料使用的一种主要铸造铝合金牌号,我国现行标准中ZL108并不含钛。国内外研究普遍认为,加入微量的Ti可以细化晶粒,在一定程度上改进合金的性能。能否在ZL108合金中添加钛改进其性能,是本文研究的课题。 电解低钛铝基合金是郑州大学与电解铝厂联合开发的一种新型合金,与传统的熔配加钛方式相比,成本低、工艺简单、钛回收率高且成分易控制,利用它来配制含钛的ZL108合金,不需要添加设备或改变原有生产工艺,称之为电解加钛。 活塞在发动机中的工作条件要求活塞材料具有耐高温、耐磨损、尺寸稳定性好等性能,因此研究电解加钛对ZL108合金的室温拉伸性能、高温拉伸性能、疲劳与断裂韧性及摩擦磨损性能的影响,是电解低钛铝基合金应用于ZL108合金所必需的前期基础研究工作,具有现实意义。 本文以电解低钛铝基合金制备含钛约0.2%的ZL108合金（记作ZL108Ti）,熔炼和浇铸电解加钛的和不含钛的两组ZL108试样,并采用相同的熔炼、热处理和机加工工艺。通过各项力学性能对比试验,采用数理统计方法F分布、t分布和t′分布对试验数据进行显著性检验,取显著度为5%时,分析研究电解加钛对ZL108合金性能的影响。结果表明:电解加钛提高了室温及高温下ZL108合金的抗拉强度和硬度,提高了ZL108合金的平面应变断裂韧性。同时也明显改善了ZL108合金的摩擦磨损性能。 微观分析揭示,上述力学性能提高的主要原因在于电解加钛对ZL108合金晶粒的细化作用。电解加钛后ZL108合金的一次枝晶明显变短,第二相分布趋于弥散均匀,同时二次枝晶间距减小并趋于均匀化,硅颗粒更加均匀、圆整。 电解加钛细化ZL108合金晶粒的机制有两个:一方面钛在铝基合金熔体中形成大量细小弥散的TiAl3颗粒,高含量的硅部分取代了WiAl3中的Ti形成Ti(Al1-xSix)3三元化合物,两者均具有异质形核能力,使得α（Al）相形核率增加;另一方面钛的成分过冷也激发更多的α（Al）相形核。

论文目录

• 郑重声明
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1. ZL108活塞合金的发展现状
• 2. 国内外铝合金加钦工艺的现状
• 3. 电解低钦铝基合金的产生与发展
• 4. 研究的主要内容和意义
• 4.1 研究的主要内容
• 4.2 研究的目的和意义
• 第二章 研究的基本方法
• 1. 对比试验的研究方法
• 2. 试样的制备
• 3. 数据处理的统计方法
• 3.1 显著性检验
• 3.2 最小二乘法
• 4. 微观组织分析
• 4.1 合金金相组织分析
• 4.2 合金扫描电镜显微组织分析
• 第三章 电解加钛对 ZL108合金拉伸性能的影响
• 1. 常温拉伸性能的研究
• 1.1 试验原理
• 1.2 主要试验步骤
• 1.3 试验结果
• 1.3.1 数据处理
• 1.3.2 微观组织分析
• 2. 高温拉伸性能的研究
• 2.1 试验原理
• 2.2 试验结果
• 2.2.1 数据处理
• 2.2.2 微观组织分析
• 3. 分析与讨论
• 4. 本章小结
• 第四章 电解加钛对 ZL108合金疲劳和断裂韧性的影响
• 1. ZL108合金抗疲劳裂纹扩展能力的研究
• 1.1 概述
• 1.2 影响铝合金疲劳性能的因素
• 1.3 疲劳裂纹扩展速率的测试原理及方法
• 1.3.1 疲劳裂纹扩展理论
• 1.3.2 试验条件
• 1.3.3 试验方法
• 1.4 试验结果
• 1.4.1 数据处理
• 1.4.2 参数 C和m的拟合
• 2. ZL108合金平面应变断裂韧性的研究
• 2.1 概述
• 2.2 影响铝合金平面应变断裂韧性的因素
• 2.3 平面应变断裂韧性的测试原理及方法
• 2.3.1 测试原理
• 2.3.2 测试方法
• 2.4 试验数据的处理
• 3. 微观组织观察对比
• 3.1 金相显微组织观察与分析
• 3.2 疲劳裂纹扩展路径观察对比
• 3.3 断口形貌观察对比
• 4. 分析与讨论
• 4.1 抗疲劳裂纹扩展能力的分析讨论
• 4.2 平面应变断裂韧性的分析讨论
• 5. 本章小结
• 第五章 电解加钛对 ZL108合金摩擦磨损性能的影响
• 1. 概述
• 2. 试验内容及结果
• 2.1 常温干磨损
• 2.1.1 试验条件和方法
• 2.1.2 试验结果
• 2.1.3 磨损表面形貌分析
• 2.2 润滑条件下的磨损
• 2.2.1 试验条件与方法
• 2.2.2 试验结果
• 2.2.3 磨损表面形貌分析
• 3. 分析与讨论
• 4. 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢