过共晶Al-28wt.%Si活塞合金的研究

【摘要】： 过共晶铝硅合金以其密度小、热膨胀系数低、耐磨性及体积稳定性好等优点而成为理想的活塞材料。随着硅含量的增加,合金的热膨胀系数进一步减小,耐磨性和耐热性进一步提高。然而硅含量的提高,导致合金组织中出现大量粗大且不规则的块状初晶硅和粗大的板片状共晶硅,严重降低合金的综合性能,因此细化合金组织是提高合金综合性能的必要手段。 本文主要研究硅含量为28wt.%的过共晶Al-Si合金。借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等分析手段,对未变质合金中板片状、八面体和五瓣星状初晶硅及板片状共晶硅的形貌进行观察和分析,并分别对其生长机制进行了探讨;对合金进行P、稀土(RE)、Sr单一变质处理,研究了变质对合金中初晶硅和共晶硅组织形貌的影响,并探讨了其变质机理;采用正交试验法对合金进行了P-RE-Sr复合变质,得到一种有效的P-RE-Sr复合变质剂,利用该复合变质剂变质过共晶Al-28wt.%Si合金,得到平均尺寸仅25μm、呈团球化特征的初晶硅,且初晶硅的棱角明显被钝化;得到的共晶硅相尺寸非常细小,大部分呈蠕球状或短杆状。 运用极差、回归分析手段研究了P、RE、Sr变质元素加入量的变化对过共晶Al-28wt.%Si活塞合金热处理态室温抗拉强度、300℃高温抗拉强度以及硬度性能的影响,确定了满足活塞合金综合使用性能要求的最佳变质剂成分范围。在合金成分一定的情况下,P、RE、Sr变质元素的加入量在给定的取值范围内变化时,合金热处理态室温抗拉强度σb为217.034~234.173MPa,高温抗拉强度σb,300℃为122.839~129.045MPa,硬度HBS为155.52~161.83,完全满足活塞合金性能要求。 本研究为改善活塞合金的组织形态、提高此类合金的综合机械性能、拓宽其应用范围提供了新的可行性方案,具有重要的学术价值,对生产实际具有指导意义。