合金元素和熱處理工藝對Al-Si共晶合金高溫力學性能的影響.pdf

1、隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對發(fā)動機性能的要求也不斷提高，所以亟需研制出能適應更高功率發(fā)動機的活塞材料。Al-Si合金制造的發(fā)動機活塞具有鑄造性能好、熱膨脹系數(shù)小、體積穩(wěn)定性好、高溫強度高、耐磨和成本低廉等優(yōu)點，使得 Al-Si合金成為活塞市場占有量最大的活塞材料。為了適應更高功率的發(fā)動機，迫切的需要提升現(xiàn)有活塞材料的高溫性能。
　　本文利用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、能譜儀(EDS)、拉伸測試機、光學顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(

2、XRD)等分析手段研究了 Al-Si共晶合金中添加合金元素后物相微觀結構演變及其對合金的高溫強化作用與機制，以及熱處理對Al-Si共晶合金高溫性能的影響。
　　Al-Si共晶合金中主要存在的金屬間化合物有 Al3CuNi相、Al7Cu4Ni相、Al4Cu2Mg8Si7相和AlFeSi相。添加Cr元素會促進針狀β-AlFeSi相向魚骨狀α-Al(Fe,Cr)Si相轉變，添加Cr元素后Al-Si共晶合金在350℃時的高溫抗拉強度(UT

3、Ss)下降，塑性上升。這是因為針狀β-AlFeSi相有比魚骨狀α-Al(Fe，Cr)Si相更好的高溫穩(wěn)定性，更有利于高溫強度的保持。而魚骨狀α-Al(Fe，Cr)Si相比針狀β-AlFeSi相表面更圓潤不易引起應力集中，從而有更好的高溫塑性。
　　隨著Er元素含量的增加，Al-Si共晶合金在350℃時的高溫抗拉強度下降。這主要是因為生成 Al3(Er,Fe,Cu)(Ni,Si)2相時消耗了大量 Fe、Cu、Ni等合金元素，使得Al

4、3CuNi、Al7Cu4Ni、β-AlFeSi、Al4Cu2Mg8Si7等重要耐熱相的數(shù)量減少導致了高溫抗拉強度的降低。
　　添加Mg元素的Al-Si共晶合金350℃時的UTSs得到提升。原因有兩方面，第一方面是添加Mg元素使Al4Cu2Mg8Si7、Al8FeMg3Si6和Mg2Si等富 Mg耐熱相增多有助于提高合金的高溫強度。另一方面是Mg元素使共晶Si網(wǎng)絡被細化，網(wǎng)絡更密集，并且與Al3CuNi、Al7Cu4Ni等耐熱第二相

5、雜合在一起形成新的強度更高的網(wǎng)狀互穿結構，有利于合金高溫強度的提升。
　　T6熱處理后合金350℃時的UTSs與T5熱處理后的UTSs相比有所降低，共晶 Si的形狀因子也急劇減少。這是因為以共晶 Si為主體的三維網(wǎng)狀互穿結構結構是高溫時 Al-Si共晶合金中的主要耐熱相，固溶處理能夠削弱共晶 Si三維網(wǎng)狀結構使其球化，從而導致了 UTSs的下降。但是T6態(tài)熱處理后合金的塑性有所提高，這是因為球化后的共晶Si減少了應力集中，使得合金