活塞铝合金组织性能的研究2

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1、XI'ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY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：杨鹏学号：B08021122指导教师：王鑫2011年10月活塞铝合金组织性能的研究摘要活塞在高温（300°C）高压及高应力状态下工作，在汽缸内作往复运动，活塞与气缸间应有良好的气密性，配缸间隙要小。因此，要求活塞材料比重小，重量轻，导热性好、热膨胀系数低，尺寸稳定性及耐磨耐蚀性好，足够高的高温（300°C）强度及弹性模数，所以活塞材料的物理性能是影响活塞质量

2、的因素。用作铝活塞的铸造铝合金大体有四类：AL-Cu—Ni-Mg系；AL-Cu-Si系:共晶及亚共晶AL-Cu-Si-Mg系；过共晶（>15%Si）AL-Si-Cu-Mg系。虽然AL-Cu-Ni-Mg系合金的强度高，延伸率及导热性好，但膨胀系数大，铸造性差而被淘汰。而AL-Cu-Si系合金，由于Si的作用改善了铸造性能和切屑加工性，但热膨胀系数仍较大，体积不稳定，会产生永久性长大现象，容易引起“咬缸”。经翻阅有关文献资料了解到加入不同元素对合金性能有一定的影响，用传统铸造方法，调制一种高强铸造Al-Cu-Si铝合金。研究了制备技

3、术，测试了合金的力学性能（硬度、抗拉强度等）和铸造性能，观察了合金的微观组织。结果表明：该合金在以Cu、Si为主要合金化元素，以Mg、Zn>Cr>Ti^B为微量元素，充分发挥了少量元素的作用，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。铸件经过热处理（T6）室温抗拉强度可达21&56MPa,延伸率2.7%,能够满足所需要力学性能的要求。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

4、偏聚严重，会造成合金力学性能和铸造性能严重下降。关键词：活塞铝合金；固溶处理；时效处理；元素；熔炼；抗拉强度;1绪论21・1课题背景21・2课题内容22实验方案及方法42.1合金系及原材料的选择42.1.1主合金兀素及微量合金兀素的选择42.1.2原料选择及成分计算52.2试样制备52.2.1合金的熔炼62.2.2辅助材料的作用62.3试样的热处理工艺72.3.1热处理工艺采用的设备72.3.2热处理工艺分类及原理73结果与讨论93.1试样的拉伸试验结果93.2试样的金相显微组织104结论14参考文献15致谢161・1课题背景随

5、着汽车整车对发动机的动力性、经济性、环保性及可靠性的要求越来越严格，活塞已发展成为集轻质高强度新材料、以保证活塞的耐热性、耐磨性、平稳的导向性和良好的密封功能，减少发动机的摩擦功损失，而活塞作为汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机屮工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的作用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶

6、部高达600〜700K,且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力最大，汽油机高达3〜5MPa,柴油机高达6〜9MPa,这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度（8〜12m/s）往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶为的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用，活塞材料除对常温强度、硬度、延伸率、热膨胀系数等性能要求不断提高外，还对其高温性能（如高温拉伸强度、高温疲劳强度、导热率）及

7、耐磨性能提出了更高的要求。因此合理选择活塞制造材料对于新型发动机的开发至关重要。在这种形势下，为适应国内外市场经济一体化的挑战，努力提高活塞制造技术，进行技术改造，降低生产成本，增强国有活塞企业可持续发展能力，逐步打入市场占有率，对于我国活塞行业参与竞争是十分迫切和必要的。1.2课题内容世界上最早的汽车发动机活塞是铸铁的，但伴随着汽车发动机的不断发展与进步，人们对活塞材料的研究与应用也取得了长足的发展，就现在当前来看用作铝活塞的铸造铝合金大体有四类：AL-Cu—Ni-Mg系；AL-Cu-Si系：共晶及亚共晶AL-Cu-Si-Mg

8、系；过共晶（＞15%Si）AL-Si-Cu-Mg系。本实验研究的是调制一种高强铸造Al-Cu-Si铝合金，主要是选择合金系以及确定添加微量元素的种类和最佳含量，从细化效果、细化衰减时间以及和元素间的相互作用选择合适的晶粒细化剂，合金最终的热处理工艺，从各种元素的