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过共晶铝硅合金活塞的铸造关键技术

作　者: 梁国萍
导　师: 苏勇
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 过共晶铝硅合金 P+RE复合变质 力学性能 底冒口
分类号: TG292
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


过共晶铝硅合金比重小、热膨胀系数低、耐磨性和体积稳定性好,是理想的活塞材料。本课题以汽车发动机用铝硅合金活塞为主,通过成分优化设计、复合添加合金元素、采用先进的P+RE复合变质处理工艺、T6热处理以及独特的铝活塞金属型铸造底冒口补缩工艺,使得过共晶铝合金活塞的微观组织和力学性能都达到一个很高的水平。最终研制开发出高性能、高热稳定性的铝硅合金活塞。本课题研究的重点如下:通过复合添加Ni、Mg、Cu等微量元素,并优化成分设计以及采用P+RE复合变质处理,改变了Al-Si合金的化学组成,有效地改善了合金的组织结构;采用先进的底冒口补缩工艺,减少活塞顶部缩松缩孔缺陷。实验结果表明,没有变质的过共晶铝硅合金中存在大量五星瓣状初生硅,硅的这种生长机制与冷却速度、外来异质核心有着密切的关系;P+RE复合变质对初晶硅和共晶硅均有很好的变质效果,五心瓣状初晶硅尺寸明显减小且棱角钝化,共晶硅由原来的长针状变为短杆状,微观组织得到明显的细化。经性能检测,合金成分的加入以及复合变质使得活塞的力学性能有很大的提高,特别是高温抗拉强度与体积稳定性,由于过剩相强化原理,高温抗拉强度在含硅量18%时达到了最大值;随着Si含量的增加,热膨胀系数逐渐减小,体积稳定性逐渐增加。最后运用ProCAST软件对底冒口补缩铸造成型工艺进行计算机模拟,模拟结果表明,传统的侧冒口补缩,无法消除活塞厚大顶部的缩松缩孔缺陷;先进的底冒口补缩工艺,使活塞具有致密的宏观组织结构,有效的提高了其耐高温等综合性能,消除了在销孔座或顶部易出现缩松的缺陷,提高工艺出品率,降低生产成本。模拟结果与之前的理论推导相一致。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-13
第一章 绪论  13-27
  1.1 课题研究背景，目的与意义  13-14
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  14-15
    1.2.1 铝活塞材料的发展与应用  14
    1.2.2 铝硅合金的发展概况  14-15
  1.3 过共晶铝硅合金的组织特点  15-16
  1.4 过共晶铝硅合金的性能特点  16-18
    1.4.1 过共晶铝硅合金的铸造性能  16
    1.4.2 过共晶铝硅合金的力学性能  16-17
    1.4.3 过共晶铝硅合金的物理性能  17-18
  1.5 过共晶铝硅合金的生长机制  18-20
    1.5.1 初生硅的生长机制  18-20
    1.5.2 共晶硅的共生生长机制  20
  1.6 提高过共晶铝硅合金性能的途径  20-25
    1.6.1 合金化  20-21
    1.6.2 变质或细化  21-23
    1.6.3 纯化与净化  23-24
    1.6.4 热处理  24-25
  1.7 课题研究的目的内容和技术路线  25-27
    1.7.1 课题研究的目的和内容  25
    1.7.2 研究的技术路线  25-27
第二章 合金材料的制备和试验方法  27-31
  2.1 实验合金的制备  27-28
    2.1.1 合金的成份及实验材料  27-28
    2.1.2 合金制备方法  28
  2.2 合金组织的观察  28
  2.3 合金性能测试  28-29
    2.3.1 室温力学性能的测试  28-29
    2.3.2 高温力学性能的测试  29
  2.4 硬度测试  29-30
  2.5 热膨胀系数  30-31
第三章 P+RE 变质对过共晶铝硅合金组织的影响  31-39
  3.1 引言  31
  3.2 金相结果与分析  31-35
  3.3 变质机理与影响因素  35-38
    3.3.1 磷的变质机理  35-36
    3.3.2 稀土的变质机理  36
    3.3.3 影响变质的因素  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 过共晶铝硅合金的性能检测与分析  39-44
  4.1 引言  39
  4.2 P+RE 复合变质对过共晶铝硅合金力学性能的影响  39
  4.3 抗拉强度  39-41
    4.3.1 室温抗拉强度  39-40
    4.3.2 高温抗拉强度  40-41
  4.5 硬度  41-42
  4.6 热膨胀系数  42-43
  4.7 本章小结  43-44
第五章 铝合金活塞底冒口补缩的数值模拟  44-53
  5.1 本章的技术路线  44-45
  5.2 铝合金活塞底冒口补缩的数值模拟的理论基础  45-50
    5.2.1 金属型重力铸造过程数值模拟的理论基础  45
    5.2.2 冒口的作用和冒口的设置  45-49
    5.2.3 保温底冒口的设计  49-50
  5.3 铝合金活塞底冒口补缩的数值模拟  50-52
    5.3.1 建模与网格化  50
    5.3.2 参数设置  50-51
    5.3.3 结果与分析  51-52
  5.4 本章小结  52-53
第六章 结论与展望  53-54
参考文献  54-58
攻读硕士学位期间发表的论文  58-59

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