柴油机铝合金缸体与铁基缸套结合性能研究

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1、分类号学号M201270726学校代码10487密级硕士学位论文柴油机铝合金缸体与铁基缸套结合性能研究学位申请人：李迟学科专业：材料加工工程指导教师：樊自田教授答辩日期：2015年5月16日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringInvestigationofBondingAbilitybetweenAlAlloyCylinderBlockandIronCylinderLinerforDiesel-engineCandidate：LiChiMajor：

2、MaterialsProcessingEngineeringSupervisor：Prof.FanZitianHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074，Hubei，P.R.ChinaMay.，2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权

3、使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要随着汽车工业的迅猛发展，轻量化成为实现汽车高性能、低能耗、低排放的重要手段。发动机作为汽车中最重的部件之一，其轻量化对汽车性能提升有重要意义。

4、柴油发动机具有功率大、经济性好、热效率高等优点，但由于工作环境恶劣，对材料的机械性能有很高的要求。为实现柴油机轻量化，常采用铝合金缸体内镶铸灰铸铁缸套方法。然而，目前该方法存在诸多问题，如有效散热接触面积小、接触面存在杂质、界面易产生缝隙等，严重影响缸体的使用性能及寿命。本文开展针对柴油机铝合金缸体与铁基缸套结合性能研究，具有较大的实际意义。针对柴油机铝合金缸体与铁基缸套结合特征，基于双金属复合的工艺特点，本文进行了缸套表面处理（浸表面改性剂和热浸铝）工艺研究，以改善铝/铁界面结合性能。主要研究工作及其结果概述如下：（1）采用模拟缸套进行复合铸造试验研究，通过浸表面改性剂的方法对模

5、拟缸套外表面进行处理，研究不同表面改性剂对铝/铁界面结合性能的影响。研究结果表明：4%NaCl，6%KF，4%K2ZrF6，10%ZnCl2，10%X（X为自制溶液）五种单一表面改性剂中，10%X复合铸件界面性能最好，其界面基本无缝隙，界面剪切力达到59.31kN，为最佳单一表面改性剂；不同浓度X溶液对界面结合性能的影响差异明显，当浓度为10%时，其铸件界面的微观组织、缝隙率、结合力等指标均优于其他浓度；复合表面改性剂对铝/铁界面作用复杂，其中，10%X+4%K2ZrF6和7%K2ZrF6+3%NaCl铸件界面结合性能较差，而4%NaCl+6%KF铸件，界面结合较紧密，缝隙率为5.

6、08%，但微观界面出现少量缝隙，其界面性能改善效果不及10%X。（2）采用模拟缸套进行复合铸造试验研究，通过热浸铝的方法对模拟缸套外表面进行处理，研究了热浸铝工艺对铝/铁界面结合性能的影响。研究结果表明：未+浸铝铸件在铝/铁交界处存在缝隙，未产生冶金结合，其界面结合情况较未处理铸件有所改善，界面结合力提高了21.23%，达到60.30kN，缝隙率降至10.99%；改性剂+浸铝铸件界面组织及性能均优于未+浸铝铸件，其界面结合力达到68.65kN，缝隙率仅2.93%，界面结合紧密，其铸件存在Fe-Al、Al-Al两种界面，Fe-Al界面处出现“锯齿状”过渡层，其厚度为15-35μm，产

7、生了冶金结合。（3）综合分析模拟缸套试验阶段结果表明，相比于10%X试验组，改性剂+浸铝铸件的界面结合强度提高了15.75%，缝隙率为2.93%；但改性剂+浸铝铸件I华中科技大学硕士学位论文的Al-Al界面极易产生缝隙，不利于铝铁界面结合性能，会降低缸体的使用寿命。改性剂+浸铝铸件的综合界面性能不如10%X，应将浸10%X溶液作为原缸套验证试验的最佳表面处理方案。（4）采用柴油机原缸套进行复合铸造试验研究，利用模拟缸套试验阶段确定的最佳表面处理方案，即浸10%X溶液的