自生顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料活塞成形工藝與組織性能研究.pdf

1、鋁基復(fù)合材料具有優(yōu)異的高溫性、耐磨性、熱穩(wěn)定性以及較低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的理想材料。為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)大功率、高轉(zhuǎn)速、低能耗的使用要求，陸續(xù)開發(fā)了Al2O3短纖維，SiCp顆粒等增強(qiáng)材料，通過擠壓鑄造，用于活塞的整體或局部增強(qiáng)。但是，由于陶瓷增強(qiáng)相是外加的，這類復(fù)合材料都存在制造工藝復(fù)雜、成本較高、增強(qiáng)相表面污染而造成的界面反應(yīng)等一系列問題，極大的限制了其使用。自生復(fù)合材料的增強(qiáng)相是在復(fù)合材料制備過程中形成，具有界面潔凈，界面結(jié)

2、合力強(qiáng)，工藝簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為鋁基復(fù)合材料活塞的研究熱點(diǎn)。
　　 Si和Mg2Si具有密度低、熔點(diǎn)高、硬度高、熱膨脹系數(shù)低和適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ康忍匦?，可作為金屬基?fù)合材料的增強(qiáng)相。本文通過離心鑄造Al-18Si合金和Al-18Si-5Mg合金，利用合金在凝固過程中析出的初生顆粒與金屬熔液之間的密度差，分別得到了初晶Si顆粒單獨(dú)增強(qiáng)和初晶Si、初生Mg2Si顆?；旌显鰪?qiáng)兩種復(fù)合材料活塞。觀察了這兩種復(fù)合材料活塞的微觀組織，

3、測試了復(fù)合材料的硬度和耐磨性，并分析了在離心力場中自生混合顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)果表明：在離心力場中自生顆粒均偏聚于活塞頂部及環(huán)槽區(qū)；偏聚區(qū)的硬度及耐磨性能均顯著高于基體；在活塞偏聚區(qū)Al-18Si-5Mg材料的硬度和耐磨性均優(yōu)于Al-18Si材料，非偏聚區(qū)兩者的硬度與耐磨性接近，說明混合顆粒增強(qiáng)優(yōu)于單顆粒增強(qiáng)。
　　 針對(duì)初晶Si、初生Mg2Si顆?；旌暇植吭鰪?qiáng)鋁基復(fù)合材料活塞，研究了離心鑄造工藝參數(shù)：離心轉(zhuǎn)速、模具溫度、澆注溫度

4、、澆口尺寸對(duì)活塞的影響，并分析了鑄造工藝參數(shù)與縮孔、氣孔之間的關(guān)系。初步得到局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料活塞合理的離心成形工藝參數(shù)：離心轉(zhuǎn)速800r/min、澆注溫度770℃、模具預(yù)熱溫度400℃、內(nèi)澆口厚度尺寸8mm。
　　 Al-18Si-5Mg材料活塞毛坯經(jīng)T6熱處理后，初晶Si及初生Mg2Si形貌基本沒變，但其尖角開始鈍化；針狀或纖維狀的共晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)榱詈腿湎x狀；網(wǎng)狀或團(tuán)簇狀的共晶Mg2Si相，經(jīng)熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則的粒狀或蠕蟲