ZL108合金是目前国内发动机活塞材料使用的一种主要铸造铝合金牌号,我国现行标准中ZL108并不含钛。国内外研究普遍认为,加入微量的Ti可以细化晶粒,在一定程度上改进合金的性能。能否在ZL108合金中添加钛改进其性能,是本文研究的课题。 电解低钛铝基合金是郑州大学与电解铝厂联合开发的一种新型合金,与传统的熔配加钛方式相比,成本低、工艺简单、钛回收率高且成分易控制,利用它来配制含钛的ZL108合金,不需要添加设备或改变原有生产工艺,称之为电解加钛。 活塞在发动机中的工作条件要求活塞材料具有耐高温、耐磨损、尺寸稳定性好等性能,因此研究电解加钛对ZL108合金的室温拉伸性能、高温拉伸性能、疲劳与断裂韧性及摩擦磨损性能的影响,是电解低钛铝基合金应用于ZL108合金所必需的前期基础研究工作,具有现实意义。 本文以电解低钛铝基合金制备含钛约0.2%的ZL108合金（记作ZL108Ti）,熔炼和浇铸电解加钛的和不含钛的两组ZL108试样,并采用相同的熔炼、热处理和机加工工艺。通过各项力学性能对比试验,采用数理统计方法F分布、t分布和t′分布对试验数据进行显著性检验,取显著度为5%时,分析研究电解加钛对ZL108合金性能的影响。结果表明:电解加钛提高了室温及高温下ZL108合金的抗拉强度和硬度,提高了ZL108合金的平面应变断裂韧性。同时也明显改善了ZL108合金的摩擦磨损性能。 微观分析揭示,上述力学性能提高的主要原因在于电解加钛对ZL108合金晶粒的细化作用。电解加钛后ZL108合金的一次枝晶明显变短,第二相分布趋于弥散均匀,同时二次枝晶间距减小并趋于均匀化,硅颗粒更加均匀、圆整。 电解加钛细化ZL108合金晶粒的机制有两个:一方面钛在铝基合金熔体中形成大量细小弥散的TiAl₃颗粒,高含量的硅部分取代了WiAl₃中的Ti形成Ti(Al_1-xSi_x)₃三元化合物,两者均具有异质形核能力,使得α（Al）相形核率增加;另一方面钛的成分过冷也激发更多的α（Al）相形核。