电脉冲孕育处理对al

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1、电脉冲孕育处理对Al1绪论1.1发动机活塞概述发动机是一台由多种机构组成的将其他形式的能量转变为机械能的机装置。现代发动机的结构类型很多，但就其总体功能而言，基本上都是由如下的装置组成：曲柄连杆机构、配气机构、废气循环机构、起动系、点火系、供给系、润滑系和冷却系。发动机装置组成中的重要机构之一是曲柄连杆机构，而活塞则是曲柄连杆机构中的至关重要的一部分，著有发动机心脏之称。活塞与活塞环、活塞销连杆等构件共同组成活塞连杆组。活塞通常在高温、高压、腐蚀、高速运动等恶劣环境下工作，而且其性能好坏直接影响整个发动机的性能，因此对活塞自身的材料的选择显得极其重要。工

2、业生产中，活塞的主要作用是将配气机构气缸中的气体通过活塞销传递给连杆，推动曲轴旋转，同时，活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室[1-4]。活塞材料的选择与优化是决定发动机整体质量的关键[5]。目前，国内外应用较为普遍的活塞材料主要包括：铸铁、铸钢、铝合金，同时，还包含一些新型活塞材料，如铝基复合材料、镁基复合材料、陶瓷材料和碳材料等。铸铁活塞因其具有很高的高温强度，使其能够在高功率化的动力系统中工作，成为内燃机活塞最早使用的材料。但同时，铸铁活塞因其质量大，使其应用受到限制，因此铸铁活塞目前主要应用于舰船、机械用动力机车等大功率发动机上[6,7]。就

3、其性能而言，我们可以通过防止铸造缺陷和石墨细化等方法来提高铸铁活塞自身的使用性能，延长其使用寿命。钢活塞材料一方面具有良好的高温力学性能，而另一方面工作中又会严重磨损缸套，因此，对钢活塞的单独应用较少，通常是将其与Al合金组成复合式活塞，应用于超长冲程的低速发动机中。而最新研究[8]表明，国外活塞公司多采用38MnVS6和42CrMo4V锻造材料，开发整体锻钢活塞。一般钢制活塞应用于汽车行业和高温度负荷的发动机上。.1.2Al-Si活塞合金的处理技术及强化机制目前，含Si量为11%~13%的Al-Si共晶合金已成为国内外车用内燃机整体活塞的首选材料。为满

4、足较小的热膨胀和高的耐磨性，如二冲程内燃机上的活塞，它承受比四冲程内燃机活塞更高的热负荷，常需采用含硅量为17%~25%或更高的过共晶Al-Si合金[9,10]。二元系Al-Si合金中，Si的百分含量对合金的性能有着十分显著的影响。随着合金中含Si量的增加，合金的结晶温度范围逐渐减小，不断增加组织中共晶体的数量，因此，合金的流动性显著提高，而热裂倾向减少。但过共晶Al-Si合金凝固时，随着初晶Si的析出会放出大量结晶潜热，因此，随着含Si量增多，合金具有更好的流动性，当含Si量为16%~18%时，流动性最好。另一方面，随着合金中含Si量的增加，组织中的S

5、i相不断增加，合金的抗拉强度增大。通常在Al-Si系合金中加入Ti、B、Zr等元素细化晶粒，提高合金的力学性能；同时，也可以在Al-Si系合金中加入Ni、Mg、Cu、Mn等强化元素组成多元合金活塞材料，在合金的凝固及后续热处理过程中形成高温强化相，提高合金的高温强度。相同尺寸的活塞，过共晶Al-Si系合金活塞质量更轻，却难以切削加工，必须对其进行后续工艺处理改善切削性能[10]。..2实验方法与过程2.1实验材料与设备2.1.1实验材料（1）原材料：工业纯Al（99.70es;120mm）、采用Q235材质的金属铸型（上下底面内径分别是Φ36mm

6、和Φ24mm，高42mm、壁厚16mm）、抛光机、Zeiss显微镜、HV-1000型显微硬度计、S-3000N型扫描电镜分析仪、QUESTII型能谱仪、D/max-2500/PC型X射线衍射仪、金相显微镜、g、Al-Ti中间合金放入井式电阻炉（镍铬-镍硅热电偶控温），炉料温度升至750℃并保温至全部熔化，当坩埚中的合金全部处于熔融状态时，再保温10min，然后进行除气（除气剂为C2Cl6，质量为合金总重的0.5in；除去Al-Si合金表面的熔渣，750℃保温5min，然后对合金熔体进行不同参数的电脉冲处理，电脉冲熔体处理示意图如图2.2所示，具体

7、参数如表2.2所示。其中，电极采用高纯石墨电极，插入熔体前于400℃预热2min，消除其对熔体温度的影响，保温5min后浇铸到已预热的金属型中。.3电脉冲处理对富钛Al-Si活塞合金组织和性能的影响..........173.1脉冲频率对富钛Al-Si合金凝固组织及性能的影响..........173.2脉冲时间对富钛Al-Si合金凝固组织及性能的影响..........203.3脉冲电压对富钛Al-Si合金凝固组织及性能的影响..........233.4电脉冲作用机理.....263.5本章小结..........274脉冲频率对富镍Al-Si活塞合

8、金组织和性能的影响......284.1脉冲频率对Al-Si多元活塞合金组织细化