收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多元Al-Si-Cu合金铸造工艺参数优化及其在汽车发动机缸体应用的研究

刘光磊  
【摘要】:高速、节能、环保、安全、舒适是汽车工业发展的主题,而轻量化是实现上诉目标最直接最有效的途径。发动机是汽车的“心脏”,质量占整车重量的20-30%,而缸体作为发动机中最大的铸件,其质量占发动机重量的25-35%。近年来,铝合金作为一种新型材料,在汽车轻量化建设中得到了广泛应用。用铝合金代替传统的铸铁材料生产发动机缸体后,不但可使缸体减重30%左右,还可以提高导热性能,防止汽车高速行驶过程中出现转向偏差。因此,采用铝合金生产缸体对降低汽车发动机乃至整车重量,推进我国汽车工业节能减排进程都具有重要意义。目前,国内在高性能铝合金缸体的研发应用上还与国际水平存在较大的差距。要想实现高性能铝合金缸体的工业化生产,必须解决三个方面的问题:新型的铸造铝合金缸体材料、精密成熟的铸造工艺和先进成套的工业化生产装备,其关键和根本是要解决材料和铸造工艺的问题。 基于此,借助日本马自达品牌汽车发动机缸体用铸造铝合金的生产经验,与苏州明志科技有限公司合作开发了长春一汽马自达系列轿车发动机缸体用的新型铸造铝硅合金,并对其铸造工艺及其应用进行了研究。力争拥有自主知识产权的高性能铝制发动机缸体的生产技术,提升国内生产铝制发动机缸体的能力,加快我国汽车行业在轻量化道路的发展速度。本文主要研究内容和研究成果如下: 1、研究了细化变质处理对多元Al-Si-Cu合金组织和力学性能的影响。选取目前工厂生产中最常用的三种细化变质剂:Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE,借助正交试验优化得到复合细化变质配方为:Al-10Sr=0.1wt%、RE=0.3wt%、Al-5Ti-B=0.8wt%。与单一细化变质处理的合金以及母合金相比,该配方制备合金的力学性能和显微组织均得到极大的提升,其力学性能为:σb=252MPa、σs=191MPa、δ=3.0%、布氏硬度=90.6HB,其组织中a-Al相更加细小且轮廓清晰,共晶硅相、Al-Cu相、Al-Si相以及含铁相的成分变得多元化,且尺寸更小、形状更圆整、分布更均匀,说明三种细化变质剂起到相互促进的作用。最后提出了两个描述变质效果的参数:平均面积和长宽比,细化变质合金的变质效果最优。 2、研究了不同原砂制砂芯及其壁厚对多元Al-Si-Cu合金组织和力学性能的影响。选用石英砂、铬铁矿砂和宝珠砂分别制成厚度范围在8mm~40mm的阶梯状砂芯片,由于提供的冷却速度不同,直接影响制备的多元Al-Si-Cu合金的力学性能、二次枝晶间距和细化变质效果。铬铁矿砂砂芯制合金的抗拉强度和伸长率性能最好,硬度是石英砂的最好。随壁厚增加,三种砂芯制合金的抗拉强度由360MPa变为280MPa,伸长率由8%变为3%,而壁厚对硬度性能的影响并没有明显规律。当壁厚为40mm时,石英砂和宝珠砂制合金组织中出现片状和块状Si相,变质效果恶化。最后,在三种砂芯制合金的力学性能与二次枝晶间距之间建立了拟合方程,用于指导工厂实际生产。 3、研究了多元Al-Si-Cu合金的热疲劳性能。通过对不同热处理试样在不同温度幅下热疲劳裂纹萌生与扩展的观察和分析,发现由于T6态合金的温度敏感性最弱、抗氧化性能最强,其热疲劳寿命最长。多元Al-Si-Cu合金在热疲劳裂纹萌生期要经历三个阶段:形成微观氧化层、氧化层内生成微坑、微坑生长或微坑内部生成裂纹源。裂纹扩展前期为沿晶生长,主要靠裂尖钝化-尖锐化引起裂纹扩展;而后期为沿晶和穿晶混合生长,以裂尖钝化-尖锐化和裂尖前沿空洞连体复合方式扩展。最后发现了Si相形状和位向影响裂纹扩展行径的两种方式:“绕墙”扩展和“穿墙”扩展。提出了两种新的表征合金热疲劳性能的方法:裂纹曲折度和裂纹的长宽比。 4、研究了多元Al-Si-Cu合金的摩擦行为和磨损机理。结果表明:T6态合金在不同载荷和磨损时间下的质量磨损率和摩擦系数最小,磨面磨损形貌处于较轻微的磨损机理状态。当载荷小于500N且磨损时间小于3h时,T6态和铸淬时效态合金的耐磨性能接近,主要是因为二者硬度性能相近;增大载荷延长磨损时间,发现三种状态合金的亚表面内Si相发生破碎,间接提高了合金的表面硬度,改善了润滑效果。载荷过大则导致Si相甚至Al2Cu相周围出现微裂纹和撕裂状塑性变形,严重影响合金的耐磨性能。多元Al-Si-Cu合金摩擦磨损至失效过程中,磨损机理的衍变过程是:磨粒磨损→磨粒磨损+粘着磨损→粘着磨损→粘着磨损+剥层磨损→剥层磨损+氧化磨损。依据材料磨面塑性变形程度及其硬度缩减情况,率先提出将氧化磨损分为氧化轻微磨损和氧化失效磨损两类。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郑云;宁远涛;周新铭;;PtNi40合金有序化转变及性能[J];贵金属;1984年04期
2 郑震勇;;超塑增强合金及其注塑模热挤压的应用[J];电子工艺技术;1986年Z2期
3 ;DF-300型照相机精密电刷及电位器用新型铜合金材料通过技术鉴定[J];上海有色金属;1989年01期
4 Ю.Л.Поляков;艾方;;合金材料的板材冲压(1)[J];模具技术;1989年01期
5 廖彩达;4J28合金冲压零件穿晶裂纹问题分析研究[J];机械设计;1993年04期
6 王黎阳;;金属封隔器的研究[J];新疆石油科技;2004年02期
7 艾护民;赵海鹏;李江伟;;锂离子二次电池负极材料的研究综述[J];化工新型材料;2007年07期
8 陈东;;赣州将兴建年产30万吨新型合金生产线[J];功能材料信息;2007年02期
9 唐兴;;大型立式浓硫酸泵的研制与应用[J];有色设备;2009年01期
10 李秋影;张梁;洪娟;郭卫红;许海燕;吴驰飞;;聚磷酸铵阻燃r-PET合金的性能研究[J];功能材料;2010年S3期
11 葛腾杰;佟华芳;王文燕;张明强;;ABS/PC合金的研究进展[J];化工进展;2010年S2期
12 汪明;新型合金材料——亚金[J];航天制造技术;1986年06期
13 王莉菲,刘月成;合金材料中化学元素的分析方法综述[J];雁北师范学院学报;1998年05期
14 ;美开发出可吹塑成型的合金材料[J];化工中间体;2011年03期
15 ;精密电阻与电气触点合金[J];功能材料;1980年05期
16 贺建芸;几种合金材料的减振特性[J];北京化工大学学报;1994年04期
17 ;温州市瓯海合金材料厂两个新产品通过省级鉴定[J];电工材料;2004年01期
18 范爱国;;新型可锻造加工Mg-Al合金材料[J];兵器材料科学与工程;2008年03期
19 冯式文;;新一代焊铝用的HDLC电极合金材料[J];电焊机;1986年05期
20 吴伯清;;用MO法开发新合金材料[J];工业炉;1992年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴强;郭景;;空天结构材料Ti合金在航天领域的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 邹智厚;卢宏远;乐虎;万伯谦;Fritsche Bernhard;徐仲杰;;铝合金汽车发动机缸体的压铸生产[A];2009重庆市铸造年会论文集[C];2009年
3 卢邦洪;;电触点材料的发展动向及展望[A];中国有色金属学会第三届学术会议论文集——战略研究综述部分[C];1997年
4 陈忠家;;基于微观分析的合金材料粘塑性本构模型[A];第三届华东六省一市塑性工程学术年会论文集[C];2005年
5 杨世元;田凤;;TPEE/PVC弹性体合金材料研究[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
6 陈波;夏庆中;潘晓霞;;冲击加载合金材料微缺陷的中子小角散射初步实验[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
7 洪友士;赵爱国;钱桂安;;强度状态对合金材料超高周疲劳行为的影响[A];2009年度海峡两岸工程力学研讨会论文集[C];2009年
8 黄政;;汽车发动机缸体的铸造工艺[A];2009重庆市铸造年会论文集[C];2009年
9 李慧青;张淑芬;张旖;王国强;;新型增强材料——硼酸镁晶须[A];2006年中国镁盐行业年会暨新技术、新产品、新设备推介会论文集[C];2006年
10 韩敏芳;杨翠柏;李伯涛;彭苏萍;;用作SOFC连接材料的铁素体合金钢材料研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集稀土专辑[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘光磊;多元Al-Si-Cu合金铸造工艺参数优化及其在汽车发动机缸体应用的研究[D];江苏大学;2013年
2 袁家伟;高导热Mg-Zn-Mn合金及其性能研究[D];北京有色金属研究总院;2013年
3 方西亚;Mg-Gd(-Mn-Sc)合金拉伸变形时的塑性失稳行为及变形机制的研究[D];中南大学;2010年
4 胡欣;齿科修复用钛—锆—铌—锡合金研制及临床应用研究[D];天津医科大学;2011年
5 张斌斌;Ti-Ag基合金的组织结构与生物性能[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 蓝志强;新型镁钛系BCC结构储氢合金制备与性能研究[D];广西大学;2011年
7 周乐;Mg-Zn-(Al)系合金热裂敏感性及其微观机理研究[D];沈阳工业大学;2011年
8 姜勇;WC-Co类硬质合金的疲劳性能及应力分析方法的研究[D];湖南大学;2011年
9 张杰;Cu-Ni基多元耐蚀合金的稳定固溶体团簇结构模型及成分设计[D];大连理工大学;2010年
10 高志杰;稀土—镁—镍系A_2B_7型储氢合金结构和电化学性能研究[D];兰州理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓丽;中温Al-Si-Cu基钎料的研制及LY12感应钎焊的研究[D];北京工业大学;2010年
2 李志刚;铸态及快淬(Mg_(2.4)Ni)_(100-x)RE_x(RE=La, Ce; x=0-20)合金的相结构与电化学贮氢性能[D];内蒙古科技大学;2011年
3 王爽;压铸态Al-Si-Cu-(Er)铝合金的显微组织及机械性能[D];沈阳工业大学;2011年
4 张振龙;稀土氧化物Nd_2O_3对亚共晶Al-Si-Cu合金组织和性能的影响[D];吉林大学;2013年
5 郑育前;Al-10Ti合金添加量对AZ102镁合金组织和力学性能的影响[D];西安理工大学;2010年
6 陈志军;稀土对银铜镍合金组织及性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 杨家灼;金属型铸造Mg-Zn-Al-Ca耐热镁合金的研究[D];太原理工大学;2010年
8 姜爱民;复合抑制剂对超细WC-8%Co合金组织和性能的影响[D];西南大学;2011年
9 赵永成;稀土元素Nd和Sm对铸造Mg-Zn-Y合金微观组织和力学性能影响的研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
10 李冬林;Al-Mg-TM合金的热性质及Mg_(97)Zn_1Y_2中24R型长周期相的微结构[D];湘潭大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李建平;中铝洛铜高性能铜合金材料开发项目通过国家验收[N];中国有色金属报;2007年
2 通讯员  徐春芳 记者  沈宫石;芜湖崛起铜加工产业[N];安徽日报;2006年
3 王小龙;美开发出可吹塑成型的合金材料[N];科技日报;2011年
4 刘子田;燃气轮机“呼唤”开发高温合金材料[N];中国冶金报;2005年
5 玉笙寒;芜湖:“三大中心”打造全国材料工业“航母”[N];中国有色金属报;2006年
6 刘新华 李明辉;模具表面堆焊技术取得重大突破[N];中国有色金属报;2006年
7 柳莺;伊萨加快中国布局步伐[N];中国船舶报;2007年
8 本报记者 王璐;南山铝业调整再融资方式[N];上海证券报;2007年
9 ;铜基无银无镉合金材料研制成功[N];今日信息报;2003年
10 王晴;到位外资提前一个月实现“双过半”[N];江阴日报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978