活塞用Cu、Ni增强型铝合金力学性能、组织与磨损性能

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Al-Si 合金是目前发动机活塞的常用材料，ZL109 更是广泛应用于实际生产当中。然而，随着排放标准的升级，ZL109 已难以继续提升力学性能。因此，本文在 ZL109的基础上进行优化，采用在熔炼过程中加入Cu、Ni和RE等的方式，制备得到活塞用B型铝合金，并对活塞本体进行取样，对比ZL109研究其力学性能、组织与摩擦磨损性能。主要研究结果如下：（1）B 型铝合金的力学性能优于 ZL109，两种材料受活塞缸径尺寸规格的影响较小。ZL109由Al、Si、Al6Mn和Al5FeNi的相组成，B型铝合金由Al、Si、Al6Mn、Al2Cu、Al1.9CuMg4.1Si3.3（Q相）、AlNiCu和更多的Al5FeNi组成；源于B型铝合金中的α铁相呈现鱼骨状和块状，减轻了ZL109组织中针片状β铁相对基体的割裂作用，La和Ce元素的AlNiCu相高温下可起到阻碍晶界滑动和阻碍基体变形的作用，并且组织中还生成了Al2Cu、Al5FeNi和Al1.9CuMg4.1Si3.3强化相；（2）B型铝合金的断裂类型和ZL109相同，两种铝合金均为准解理断裂，裂纹截断和前进方向不一致的共晶硅粒子，断口呈现韧窝、舌状花样以及撕裂棱特征；（3）B 型铝合金硬度较高，耐磨性优于 ZL109，组织中的 Al2Cu 等强化相在实验过程中起到了硬化作用，所以B型铝合金的磨损率较低。但这些强化相构成很多微小凸点和氮化硅磨球接触，在实验过程中表现出较大的摩擦系数。而ZL109硬度和强化相较少，表面微小凸点在实验过程中被挤压变形，使得接触面积增加，摩擦系数较低。在高温下，两种铝合金的磨损率和摩擦系数均高于室温，因为Al2O3颗粒造成犁削作用加深，且磨损面上出现更多的剥落和磨屑。（4）两种铝合金在室温和高温下的磨损机制均为磨粒磨损，有明显的磨粒划痕。高温下的划痕深度增加。而活塞在发动机运行状态下，经过90 min后B型铝合金活塞表面磨损程度和ZL109活塞相比较轻微。

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作者
谢长钊;
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作者单位

湖南科技大学;

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授予单位湖南科技大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名王振生;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
活塞; 增强型; 合金力学性能; 组织;

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