电解加钛共晶铝硅活塞合金的组织和性能研究

论文题目: 电解加钛共晶铝硅活塞合金的组织和性能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 凝聚态物理

作者: 王杰芳

导师: 谢敬佩

关键词: 电解加钛,共晶铝硅合金,活塞,微观组织,力学性能,耐磨性

文献来源: 郑州大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文以汽车、摩托车发动机活塞使用的共晶铝硅合金材料为研究对象，直接使用电解低钛铝基合金细晶铝锭替代纯铝锭配制共晶铝硅ZL108试验合金（简称EZL108Ti），详细分析研究了该试验合金的微观组织、室温和高温力学性能、磨损性能，对电解加钛EZL108Ti合金的晶粒细化机理、强化机理及磨损机理进行了探讨。在此基础上进行了电解加钛EZL108Ti合金在摩托车活塞上的应用研究，并对试验活塞进行了台架试验。结果表明：直接采用电解低钛铝基合金完全可以制备出高性能的活塞，在汽车、摩托车发动机活塞行业具有广阔的应用前景。 首次对不同钛含量电解加钛共晶铝硅试验合金的微观组织进行了对比分析研究，发现当钛含量为0.10％左右时，电解低钛铝基合金表现出了最佳的晶粒细化效果。此时，电解加钛试验合金的α（Al）二次枝晶臂间距最小为16.71μm；共晶Si颗粒的长径、短径和直径最小，分别为3.28μm、2.29μm和2μ69μm；金属间化合物富Fe相的形态从鱼骨状转变成典型的汉字状，分布在晶界或枝晶间，外形圆钝，是高温热稳定相，对提高合金的高温性能非常有利。相同钛含量电解加钛和熔配加钛试验合金的α（Al）二次枝晶臂间距和共晶Si颗粒尺寸相差不大。 分析了钛对试验合金的细化机理：电解加钛共晶铝硅试验合金的微观组织细化与电解低钛铝基合金中均匀细小、高度弥散分布的Al3Ti第二相质点有紧密的联系。在钛含量低于0.15％时，成份过冷引起的非自发形核以及钛元素抑制铝晶粒长大是钛细化合金的重要原因。同时，由于合金中Si、Mg、Cu等元素的存在可降低Al-Ti包晶反应温度和钛在铝液中的溶解度，使包晶点成分向低钛量方向位移，因此，即使钛含量低于0.15％，包晶反应可能也在起作用。共晶硅相总是与α（Al）相协调生长，随着α（Al）相的细化，也会相应细化合金中的硅颗粒尺寸，改善硅颗粒形状。当合金中的钛含量超过0.13％时，熔体中形成的第二相粒子将聚集、长大，晶粒细化作用逐步减弱。 首次对比分析研究了共晶铝硅不加钛ZL108、不同钛含量电解加钛EZL108Ti和熔配加钛MZL108Ti活塞合金的力学性能，结果表明：电解加钛试验合金的室温力学性能在钛含量范围0.10％～0.13％时较高，抗拉强度达到

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 铝合金活塞的国内外发展历程

1.2 铝硅合金的成分、组织和性能特点

1.3 提高铝硅合金性能的途径

1.3.1 Al-Si合金的晶粒细化

1.3.2 合金化

1.3.3 纯化和净化

1.3.4 Al-Si合金的变质处理

1.3.5 改进铸造方法

1.3.6 热处理工艺

1.4 铝硅活塞合金的国内外应用现状、种类和发展趋势

1.5 本课题研究的背景条件

1.5.1 晶粒细化剂钛的常用添加方法

1.5.2 加钛新方法的研究

1.6 本课题提出的目的和意义

1.7 本课题研究的主要内容

第二章 合金材料的制备和试验方法

2.1 共晶铝硅活塞试验合金的制备

2.1.1 试验材料

2.1.2 熔炼工艺

2.1.3 热处理工艺

2.2 试样的制备与组织观察

2.2.1 金相试样的制备与组织观察

2.2.2 透射试样的制备与组织观察

2.3 试验合金性能的测试

2.3.1 力学性能测试

2.3.2 磨损性能测试

第三章 电解加钛共晶铝硅活塞合金的微观组织细化研究

3.1 共晶铝硅活塞试验合金的微观组织分析

3.2 钛含量对α(Al)枝晶和共晶硅颗粒的细化研究

3.3 钛含量对铁相和其他金属间化合物相形态和分布的影响

3.3.1 杂质铁对铸造铝合金性能的影响

3.3.2 钛含量对试验合金中富铁相形态和分布的影响

3.3.3 钛含量对其它金属间化合物相形态和分布的影响

3.4 电解加钛共晶铝硅试验合金中钛的细化机理研究

3.4.1 电解低钛铝基合金细晶铝锭的细化机理研究

3.4.2 电解加钛共晶铝硅活塞合金中钛的细化机理分析

3.5 本章小结

第四章 钛含量对电解加钛EZL108Ti合金力学性能的影响

4.1 电解加钛共晶铝硅试验合金室温力学性能的优化

4.1.1 室温试验合金的化学成分

4.1.2 试验合金的室温力学性能

4.1.3 电解加钛和熔配加钛试验合金的室温力学性能对比

4.1.4 试验合金的室温拉伸断口形貌

4.2 电解加钛共晶铝硅试验合金高温力学性能的优化

4.2.1 活塞的工况决定了活塞材料高温性能的重要性

4.2.2 高温试验合金的化学成分

4.2.3 试验合金的高温力学性能

4.2.4 数据概率与数理统计分析

4.2.5 高温试验合金的拉伸断口形貌

4.3 钛含量对共晶铝硅试验合金硬度的影响

4.4 电解加钛共晶铝硅多元合金的强化机理

4.4.1 细晶强化

4.4.2 固溶强化

4.4.3 弥散强化

4.5 本章小结

第五章 电解加钛共晶铝硅活塞合金的耐磨性研究

5.1 前言

5.2 试验合金的化学成分

5.3 试验合金在室温润滑条件下的耐磨性研究

5.3.1 试验合金在室温润滑条件下的磨损结果

5.3.2 试验合金在室温润滑条件下的磨损形貌

5.3.3 试验合金在室温润滑条件下的磨损机理

5.3.4 磨粒磨损的机理研究

5.3.5 磨粒磨损形式磨损量评价的数学模型

5.3.6 磨粒磨损形式的影响因素

5.4 试验合金在室温无润滑条件下的耐磨性研究

5.4.1 试验合金在室温无润滑条件下的磨损结果

5.4.2 试验合金在室温无润滑条件下的磨损表面形貌

5.4.3 试验合金在室温无润滑条件下的磨损机制

5.5 本章小结

第六章 六种轿车用铝硅活塞实体的分析研究

6.1 六种铝硅活塞实体的成分分析

6.2 六种铝硅活塞实体的微观组织分析

6.3 六种铝硅活塞实体的力学性能测试

6.4 六种铝硅活塞实体的拉伸断口形貌分析

6.5 结果与分析

6.6 本章小结

第七章 电解低钛铝基合金在铝活塞上的工业应用

7.1 试验方法

7.2 试验活塞实体的化学成分

7.3 试验活塞实体的体积稳定性

7.4 试验活塞合金材料的力学性能

7.4.1 统计分析三种活塞的室温抗拉强度平均值是否有显著差异

7.4.2 统计分析三种活塞的室温抗拉强度值的波动性有无明显差异

7.5 该厂生产的其它牌号活塞合金的力学性能

7.6 试验活塞实体的微观组织分析

7.7 试验活塞材料拉伸试棒的断口形貌

7.8 试验活塞的台架试验及结果分析

7.9 本章小结

第八章 全文结论

参考文献

在读期间发表论文

在读期间参与的相关科研项目

致谢

发布时间: 2006-10-10

参考文献

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