活塞铝合金组织性能的研究

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1、设计性综合实验论文题目：活塞铝合金组织性能的研究院（系）：北方信息工程学院专业：金属材料工程班级：B080210学生：王晋学号：B08021115指导教师：王鑫2011年10月2活塞铝合金组织性能的研究摘要在综合比较国内外汽车发动机活塞用铸造铝合金的种类（即Al-Cu-Ni-Mg系合金、Al-Si-Cu系合金、Al-Si-Ni-Mg系多元合金、过共晶Al-Si系合金）以及其性能、热处理规范和适用范围之后发现。在现有合金配方中Al-Cu系铸造性能较差、热膨胀系数大，Al-Si系室温强度较低的缺点[1]。为实现两种系列的铸铝性能的融合，本文在ZL107和K.O-1的基础上，了解不同元素对合金性

2、能的影响，使用传统铸造方法，配置了一种高强铸造Al-Cu-Si铝合金。研究了制备技术，测试了合金的力学性能和铸造性能，观察了合金的微观组织。研究结果表明：该合金在以Mg、Zn为主要合金化元素，以Ni、Ti、B、Mn为微量元素，充分发挥个元素的作用，实现较好的复合多元化效果。该合金的流动性好、热裂倾向小。铸态室温下抗拉强度可达218.56MPa，延伸率2.7%。对其组织成分研究发现：采用Al-Ti对所设计的合金进行细化变质处理时，加入量为0.2%时合金具有最佳的综合力学性能，相同制备工艺下，增加含Ti量后，合金中没有新的相生成、合金中Ti元素偏聚严重，造成合金力学性能和铸造性能严重下降[2]

3、。本文设计的Al-Cu-Si高强度铸造铝合金对我国发动机活塞部件的材料更新具有重要的工程应用参考价值。关键词：活塞铝合金；高强铝合金；流动性；热裂：元素目录1前言11.1课题研究目的和意义11.2课题的研究内容11.3论文的组织结构22试验方案及研究方法32.1合金的设计及原料的选择32.1.1主合金化元素32.1.2微量合金化元素42.1.3原料的选择42.2合金的熔炼和成型42.2.1合金的熔炼42.2.2材料的成型52.3合金的热处理工艺52.4合金的性能测试53合金成分设计与细化的研究63.1合金的成分设计63.1.1合金的主合金化元素63.1.2合金的微量元素73.2合金的晶粒细

4、化研究73.2.1盐类细化剂73.2.2Al-Ti中间合金73.2.3Al-Ti-B中间合金83.2.2新型中间合金细化剂84合金试样的制备94.1合金的铸造阶段94.1.1熔炼用辅助材料94.1.2中间合金和预制合金锭94.1.3熔炼用材计算和准备104.2合金的热处理阶段114.2.1热处理工艺的分类及状态114.2.2热处理用设备及工艺125实验结果与讨论145.1合金的拉伸试验145.2合金的金相显微结构156结论18参考文献19致谢201前言19西安工业大学综合实验论文1前言1.1课题研究目的和意义在全球技术竞争日益激烈的今天，发动机革新工作作为动力来源装备更新是必不可少的，目前

5、已受到许多国家的关注。而发动机提供动力最主要的一环在气缸内的能量变化，活塞的质量高低直接决定了能量的利用率。世界上最早的发动机活塞是铸铁的，从1911年才开始研究用铝合金来制造活塞，1920年一种Al-Cu-Ni-Mg系合金正式成功地应用于汽车发动机活塞，以后的几十年，又相继研究成功了几个系列的活塞用铝合金材料。随着发动机转速的不断提高，活塞速度也随之提高，汽油机活塞速度可达11～16m/s；柴油机活塞速度可达6～8.5m/s，或更高一些。由于发动机高速化的结果，使作用在活塞上的惯性力亦越来越大，发动机的压缩比也相应提高，燃烧室内的燃烧速度急剧增大，气缸内容易形成局部压力差，使活塞发生强制

6、振动，从而引起穴蚀或敲缸现象[3]。另外活塞头部在交变热应力的作用下，容易产生热变形或热裂现象。所以，除对活塞材料的常温强度、硬度、延伸率、热膨胀系数等性能有一定的要求外，还对其高温性能(如高温拉伸强度、高温疲劳强度、导热率)及耐磨性能有较高的要求。为适应汽车发动机高速化的要求，材料工作者经过大量的工作，使活塞材料越来越完善，其各种性能都有很大的提高。作为活塞材料，常用的铝合金大体可分为以下四类:(l)铝-铜-硅系合金；(2)铝-铜-镍-镁系合金；(3)铝-硅-镍-镁系合金；(4)过共晶铝-硅系合金。当前，我国自行研制的发动机活塞的性能同美国、东欧和日本等发达国家相比，还存在很大的差距，而

7、各国对某些高精尖技术是严格保密的。因此，依靠自己的力量研究高性能的发动机用活塞，既具有重大的理论价值也具有重要的实际意义。本课题的目的在于充分理解各种系列合金的性能和优劣性最终确定一个系列，在了解该系列合金各元素的作用的前提下，通过改变、添加或删除某种元素使原合金性能能得到显著提升。这对于我国活塞用合金的改进有重要意义，在现代工业中的应用前景也是很明朗的。1.2课题的研究内容本文以汽车发动机活塞用铝合金为研究背景，对高强