當前汽車全鋁發(fā)動機主要使用以Al-Si-Mg和Al-Si-Cu為基礎的鑄造合金材料,兩組合金中的主強化相分別為β″(Mg₅Si₆)和θ″(Al₃Cu)析出相,其中β″相和θ″相分別在汽車發(fā)動機工作溫度高于185 ^oC和225 ^oC時變得不穩(wěn)定�，F(xiàn)代汽車可操作性增加及發(fā)動機的小型化和大功率設計對發(fā)動機材料的耐高溫性能提出了更高的要求。在Al-Si-Mg-Hf體系中,合金經過熱處理形成了高密度的Si₂Hf析出相,高溫穩(wěn)定的Si₂Hf析出相的形成大幅提高了合金的高溫蠕變性能,并為新型耐高溫發(fā)動機材料的設計提供理論支撐。本課題選擇耐高溫性能更好的Al-Si-Cu合金為基礎合金,在該合金中添加微量的Hf元素以改善合金的微觀組織和高溫性能。本論文主要采用電子背散射衍射(EBSD)、聚焦離子束/電子束雙束電子顯微鏡(FIB-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、原子分辨率的高角環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡(HAADF...

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋁合金在汽車領域的應用
        1.2.1 變形鋁合金在汽車領域的應用現(xiàn)狀
        1.2.2 鑄造鋁合金在汽車領域的應用現(xiàn)狀
    1.3 發(fā)動機用鑄造鋁合金研究現(xiàn)狀
        1.3.1 發(fā)動機用鑄造鋁合金的鑄造組織特征
        1.3.2 熱處理對發(fā)動機用鑄造鋁合金的影響
        1.3.3 發(fā)動機用鑄造鋁合金的常見問題
    1.4 元素添加對發(fā)動機用鑄造合金鑄造組織的影響
        1.4.1 共晶Si的變質
        1.4.2 含F(xiàn)e相的變質
    1.5 Al-Si合金中耐高溫析出相的析出行為
        1.5.1 Al3M的研究進展
        1.5.2 金屬硅化物的研究進展
    1.6 本論文主要研究內容
        1.6.1 研究點的提出
        1.6.2 主要研究內容
2 實驗材料及方法
    2.1 實驗材料
        2.1.1 合金設計
        2.1.2 熱處理方案
    2.2 性能測試
        2.2.1 電導率和硬度測試
        2.2.2 高溫拉伸實驗
    2.3 差示掃描量熱法(DSC)
    2.4 微觀組織表征
        2.4.1 掃描電鏡分析及能譜分析
        2.4.2 計算機斷層掃描
        2.4.3 聚焦離子束應用
        2.4.4 透射電鏡分析
    2.5 模擬計算方法
        2.5.1 第一性原理計算
        2.5.2 邊邊匹配理論
3 Hf添加對Al-Si-Cu合金性能和微觀組織的影響
    3.1 引言
    3.2 Hf添加對Al-Si-Cu合金鑄造組織的影響
        3.2.1 Hf添加對Al-Si-Cu合金鑄造缺陷的影響
        3.2.2 Hf添加對Al-Si-Cu合金共晶Si的影響
        3.2.3 Hf添加對Al-Si-Cu合金金屬間化合物的影響
    3.3 Hf添加對Al-Si-Cu合金固溶熱處理后組織的影響
        3.3.1 不同固溶溫度下富Hf析出相的成分分析
        3.3.2 不同固溶溫度下富Hf析出相結構分析
    3.4 Hf添加對Al-Si-Cu合金時效熱處理后組織的影響
        3.4.1 Al-Si-Cu合金時效組織
        3.4.2 Al-Si-Cu-Hf合金時效組織
    3.5 Hf添加對Al-Si-Cu合金性能的影響
    3.6 討論
        3.6.1 Hf添加對微觀組織的影響
        3.6.2 Hf添加對力學性能的影響
    3.7 本章小結
4 Al-Si-Cu-Hf合金中Si₂Hf析出相的成分與原子結構
    4.1 引言
    4.2 Si₂Hf析出相成分及原子結構
        4.2.1 Si₂Hf析出相的能譜分析
        4.2.2 Si₂Hf析出相的原子結構
        4.2.3 Si₂Hf析出相Cu摻雜形成焓計算
    4.3 Si₂Hf析出相與基體界面的元素偏聚
        4.3.1 Si₂Hf/Al界面成分分析
        4.3.2 Si₂Hf/Al界面原子結構
    4.4 Si₂Hf析出相中的層錯結構
    4.5 討論
        4.5.1 Si₂Hf/Al界面處的固溶原子偏聚
        4.5.2 Si₂Hf析出相的層錯分析
    4.6 本章小結
5 Al-Si-Cu-Hf合金中Si₂Hf析出相取向與變體分析
    5.1 引言
    5.2 Al-Si-Cu-Hf合金中Si₂Hf析出相與基體的取向關系
    5.3 Al-Si-Cu-Hf合金中Si₂Hf析出相與基體的取向關系預測
    5.4 三維重構分析Si₂Hf析出相取向及變體
        5.4.1 納米帶狀析出相取向分析
        5.4.2 矩形狀析出相取向分析
    5.5 討論
        5.5.1 Al-Si-Cu-Hf合金中的Si₂Hf析出相與Al基體的取向關系
        5.5.2 Al-Si-Cu-Hf合金中的Si₂Hf析出相在Al基體中的變體分析
    5.6 本章小結
6 結論與展望
    6.1 主要結論
    6.2 研究工作特色及創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻
附錄
    A.作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文目錄
    B.學位論文數(shù)據(jù)集
致謝



本文編號：3867149