论文部分内容阅读
随着能源缺少、环境破坏等现象的出现,汽车生产等行业面临着巨大挑战。发动机是汽车的核心部分,它的质量约为汽车整体质量的20-30%,研究发动机的减重将对汽车重量的减少、性能的提高有巨大的意义,达到实现汽车低排放和低能耗的新时代要求。柴油机具有热效率高、能量利用率好、节能性好等优点,被认为是目前工业应用中最好的机型。铸铁是柴油机常用的材料,但因其密度大逐渐被铝合金替代。因此,研究柴油机用铝合金对实现汽车的减重有重大意义。A356铸铝合金拥有铸造性能好、导电性好、散热性强等一系列优良性能,在动力工具、航空、军事、汽车等领域得到了普遍应用。但柴油机恶劣的工作环境,对A356铸铝合金提出了更高的性能要求。目前,主要通过合金化改性、热处理强化、机械振动等方式,改善A356铸铝合金的微观组织,提高合金的性能。本文主要对A356铸铝合金进行Cu、Cr改性和热处理强化,来实现A356铸铝合金性能的改善。本文首先采用中频感应炉制备了 A356铸铝合金(A1)和A356+0.5%Cu+0.35%Cr铝合金(A2)。通过采用金相分析和扫描电镜等检测手段表征了合金的微观组织结构,同时研究了合金的力学性能。研究了 A1和A2合金不同状态的微观组织结构。经过0.025%Sr变质的A1和A2合金,Si相由针状转变为了短纤维状。A1合金的铸态组织主要由α-Al、Si、β-Mg2Si、Al-Si-Fe和Al-Si-Mg-Fe相组成;A2合金铸态组织主要由α-Al、Si、θ-CuA12、Al-Si-Mg-Cu 和 Al-Si-Cr-Fe 相组成;A2 合金中 α-Al 平均晶粒尺寸比Al合金有所减小。Al合金固溶态组织主要由Al-Si-Fe相、Si和过饱和的α-Al固溶体构成;A2合金的固溶态组织由Al-Si-Cr-Fe相、Si和过饱和的α-Al固溶体组成。经过时效处理后Al和A2合金的析出相个数有所增加。研究了 Cu、Cr元素的添加对A356铸铝合金力学性能的影响。对A1和A2合金铸态试样的性能测试结果进行分析发现:A2合金的抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)、伸长率、硬度和蠕变性能比A1合金分别提高了 11.68%、13.14%、5.76%、17.28%和23.05%;A1和A2合金断口主要的断裂形式为准解理断裂,但A2合金断口中韧窝数目较多,韧性稍好;A1合金表现的磨损方式为磨粒磨损,出现了微小的粘着磨损,A2合金表现的磨损方式为磨粒磨损,A2合金的平均摩擦系数和磨损失重较低,有更好的耐磨性。Cu、Cr元素的添加提高了 A356合金的拉伸性能、硬度、耐磨损和高温蠕变压缩性能。研究了时效工艺对A2合金微观组织和抗拉、磨损、硬度等性能的影响。首先对A2合金进行了 500℃×2h+540℃×8h固溶处理,自然时效12h,之后在300℃下对合金进行0-7h的时效处理。研究结果表明:经过时效处理后的A2合金主要断裂形式为准解理断裂;随着时效时间的增加,A2合金中α-Al晶粒尺寸从25μm增加到了 33.55μm;合金的硬度、UTS、YS、伸长率和析出相的数量基本都呈先上升后下降的规律,析出相的平均尺寸呈先下降后上升的规律;时效时间为0.5h时,合金的硬度、UTS和YS最好,比A2合金铸态时分别提高了 63.19%、115.33%和97.08%;时效时间为1h时,A2合金的伸长率最好,磨损失重和平均摩擦系数最小,比铸态时分别提高了 26.62%、128.57%和25.57%;时效时间为0.5和1h时,耐磨性较好,A2合金表现的主要磨损方式为磨粒磨损;时效时间较长时,A2合金表现的磨损方式由磨粒磨损与粘着磨损组成。综合分析发现,时效时间为0.5-1h时,A2合金具有最佳的微观组织和力学性能。