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Cu合金鑄造工藝參數(shù)優(yōu)化及其在汽車發(fā)動機缸體應(yīng)用的研究

發(fā)布時間:2016-09-28 20:22

  本文關(guān)鍵詞:多元Al-Si-Cu合金鑄造工藝參數(shù)優(yōu)化及其在汽車發(fā)動機缸體應(yīng)用的研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


《江蘇大學》 2013年

多元Al-Si-Cu合金鑄造工藝參數(shù)優(yōu)化及其在汽車發(fā)動機缸體應(yīng)用的研究

劉光磊  

【摘要】:高速、節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適是汽車工業(yè)發(fā)展的主題,而輕量化是實現(xiàn)上訴目標最直接最有效的途徑。發(fā)動機是汽車的“心臟”,質(zhì)量占整車重量的20-30%,而缸體作為發(fā)動機中最大的鑄件,其質(zhì)量占發(fā)動機重量的25-35%。近年來,鋁合金作為一種新型材料,在汽車輕量化建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。用鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵材料生產(chǎn)發(fā)動機缸體后,不但可使缸體減重30%左右,還可以提高導熱性能,防止汽車高速行駛過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)向偏差。因此,采用鋁合金生產(chǎn)缸體對降低汽車發(fā)動機乃至整車重量,推進我國汽車工業(yè)節(jié)能減排進程都具有重要意義。目前,國內(nèi)在高性能鋁合金缸體的研發(fā)應(yīng)用上還與國際水平存在較大的差距。要想實現(xiàn)高性能鋁合金缸體的工業(yè)化生產(chǎn),必須解決三個方面的問題:新型的鑄造鋁合金缸體材料、精密成熟的鑄造工藝和先進成套的工業(yè)化生產(chǎn)裝備,其關(guān)鍵和根本是要解決材料和鑄造工藝的問題。 基于此,借助日本馬自達品牌汽車發(fā)動機缸體用鑄造鋁合金的生產(chǎn)經(jīng)驗,與蘇州明志科技有限公司合作開發(fā)了長春一汽馬自達系列轎車發(fā)動機缸體用的新型鑄造鋁硅合金,并對其鑄造工藝及其應(yīng)用進行了研究。力爭擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能鋁制發(fā)動機缸體的生產(chǎn)技術(shù),提升國內(nèi)生產(chǎn)鋁制發(fā)動機缸體的能力,加快我國汽車行業(yè)在輕量化道路的發(fā)展速度。本文主要研究內(nèi)容和研究成果如下: 1、研究了細化變質(zhì)處理對多元Al-Si-Cu合金組織和力學性能的影響。選取目前工廠生產(chǎn)中最常用的三種細化變質(zhì)劑:Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE,借助正交試驗優(yōu)化得到復合細化變質(zhì)配方為:Al-10Sr=0.1wt%、RE=0.3wt%、Al-5Ti-B=0.8wt%。與單一細化變質(zhì)處理的合金以及母合金相比,該配方制備合金的力學性能和顯微組織均得到極大的提升,其力學性能為:σb=252MPa、σs=191MPa、δ=3.0%、布氏硬度=90.6HB,其組織中a-Al相更加細小且輪廓清晰,共晶硅相、Al-Cu相、Al-Si相以及含鐵相的成分變得多元化,且尺寸更小、形狀更圓整、分布更均勻,說明三種細化變質(zhì)劑起到相互促進的作用。最后提出了兩個描述變質(zhì)效果的參數(shù):平均面積和長寬比,細化變質(zhì)合金的變質(zhì)效果最優(yōu)。 2、研究了不同原砂制砂芯及其壁厚對多元Al-Si-Cu合金組織和力學性能的影響。選用石英砂、鉻鐵礦砂和寶珠砂分別制成厚度范圍在8mm~40mm的階梯狀砂芯片,由于提供的冷卻速度不同,直接影響制備的多元Al-Si-Cu合金的力學性能、二次枝晶間距和細化變質(zhì)效果。鉻鐵礦砂砂芯制合金的抗拉強度和伸長率性能最好,硬度是石英砂的最好。隨壁厚增加,三種砂芯制合金的抗拉強度由360MPa變?yōu)?80MPa,伸長率由8%變?yōu)?%,而壁厚對硬度性能的影響并沒有明顯規(guī)律。當壁厚為40mm時,石英砂和寶珠砂制合金組織中出現(xiàn)片狀和塊狀Si相,變質(zhì)效果惡化。最后,在三種砂芯制合金的力學性能與二次枝晶間距之間建立了擬合方程,用于指導工廠實際生產(chǎn)。 3、研究了多元Al-Si-Cu合金的熱疲勞性能。通過對不同熱處理試樣在不同溫度幅下熱疲勞裂紋萌生與擴展的觀察和分析,發(fā)現(xiàn)由于T6態(tài)合金的溫度敏感性最弱、抗氧化性能最強,其熱疲勞壽命最長。多元Al-Si-Cu合金在熱疲勞裂紋萌生期要經(jīng)歷三個階段:形成微觀氧化層、氧化層內(nèi)生成微坑、微坑生長或微坑內(nèi)部生成裂紋源。裂紋擴展前期為沿晶生長,主要靠裂尖鈍化-尖銳化引起裂紋擴展;而后期為沿晶和穿晶混合生長,以裂尖鈍化-尖銳化和裂尖前沿空洞連體復合方式擴展。最后發(fā)現(xiàn)了Si相形狀和位向影響裂紋擴展行徑的兩種方式:“繞墻”擴展和“穿墻”擴展。提出了兩種新的表征合金熱疲勞性能的方法:裂紋曲折度和裂紋的長寬比。 4、研究了多元Al-Si-Cu合金的摩擦行為和磨損機理。結(jié)果表明:T6態(tài)合金在不同載荷和磨損時間下的質(zhì)量磨損率和摩擦系數(shù)最小,磨面磨損形貌處于較輕微的磨損機理狀態(tài)。當載荷小于500N且磨損時間小于3h時,T6態(tài)和鑄淬時效態(tài)合金的耐磨性能接近,主要是因為二者硬度性能相近;增大載荷延長磨損時間,發(fā)現(xiàn)三種狀態(tài)合金的亞表面內(nèi)Si相發(fā)生破碎,間接提高了合金的表面硬度,改善了潤滑效果。載荷過大則導致Si相甚至Al2Cu相周圍出現(xiàn)微裂紋和撕裂狀塑性變形,嚴重影響合金的耐磨性能。多元Al-Si-Cu合金摩擦磨損至失效過程中,磨損機理的衍變過程是:磨粒磨損→磨粒磨損+粘著磨損→粘著磨損→粘著磨損+剝層磨損→剝層磨損+氧化磨損。依據(jù)材料磨面塑性變形程度及其硬度縮減情況,率先提出將氧化磨損分為氧化輕微磨損和氧化失效磨損兩類。

【關(guān)鍵詞】:
【學位授予單位】:江蘇大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2013
【分類號】:U464.13;TG292
【目錄】:

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9 ;[N];今日信息報;2003年

10 王晴;[N];江陰日報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉光磊;多元Al-Si-Cu合金鑄造工藝參數(shù)優(yōu)化及其在汽車發(fā)動機缸體應(yīng)用的研究[D];江蘇大學;2013年

2 袁家偉;高導熱Mg-Zn-Mn合金及其性能研究[D];北京有色金屬研究總院;2013年

3 方西亞;Mg-Gd(-Mn-Sc)合金拉伸變形時的塑性失穩(wěn)行為及變形機制的研究[D];中南大學;2010年

4 胡欣;齒科修復用鈦—鋯—鈮—錫合金研制及臨床應(yīng)用研究[D];天津醫(yī)科大學;2011年

5 張斌斌;Ti-Ag基合金的組織結(jié)構(gòu)與生物性能[D];哈爾濱工程大學;2011年

6 藍志強;新型鎂鈦系BCC結(jié)構(gòu)儲氫合金制備與性能研究[D];廣西大學;2011年

7 周樂;Mg-Zn-(Al)系合金熱裂敏感性及其微觀機理研究[D];沈陽工業(yè)大學;2011年

8 姜勇;WC-Co類硬質(zhì)合金的疲勞性能及應(yīng)力分析方法的研究[D];湖南大學;2011年

9 張杰;Cu-Ni基多元耐蝕合金的穩(wěn)定固溶體團簇結(jié)構(gòu)模型及成分設(shè)計[D];大連理工大學;2010年

10 高志杰;稀土—鎂—鎳系A(chǔ)_2B_7型儲氫合金結(jié)構(gòu)和電化學性能研究[D];蘭州理工大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張曉麗;中溫Al-Si-Cu基釬料的研制及LY12感應(yīng)釬焊的研究[D];北京工業(yè)大學;2010年

2 李志剛;鑄態(tài)及快淬(Mg_(2.4)Ni)_(100-x)RE_x(RE=La, Ce; x=0-20)合金的相結(jié)構(gòu)與電化學貯氫性能[D];內(nèi)蒙古科技大學;2011年

3 王爽;壓鑄態(tài)Al-Si-Cu-(Er)鋁合金的顯微組織及機械性能[D];沈陽工業(yè)大學;2011年

4 張振龍;稀土氧化物Nd_2O_3對亞共晶Al-Si-Cu合金組織和性能的影響[D];吉林大學;2013年

5 鄭育前;Al-10Ti合金添加量對AZ102鎂合金組織和力學性能的影響[D];西安理工大學;2010年

6 陳志軍;稀土對銀銅鎳合金組織及性能的影響[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

7 楊家灼;金屬型鑄造Mg-Zn-Al-Ca耐熱鎂合金的研究[D];太原理工大學;2010年

8 姜愛民;復合抑制劑對超細WC-8%Co合金組織和性能的影響[D];西南大學;2011年

9 趙永成;稀土元素Nd和Sm對鑄造Mg-Zn-Y合金微觀組織和力學性能影響的研究[D];北京有色金屬研究總院;2011年

10 李冬林;Al-Mg-TM合金的熱性質(zhì)及Mg_(97)Zn_1Y_2中24R型長周期相的微結(jié)構(gòu)[D];湘潭大學;2010年


  本文關(guān)鍵詞:多元Al-Si-Cu合金鑄造工藝參數(shù)優(yōu)化及其在汽車發(fā)動機缸體應(yīng)用的研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



本文編號:125900

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