论文部分内容阅读
随着时代的发展,内燃发动机逐渐向高功率、高热效、低排放的方向发展,活塞的工作负荷越来越高,对活塞材料的要求也越来越苛刻,传统工艺制备的铝合金活塞材料已经很难满足这些要求。超声场作为一种有效外场处理技术,对金属显微组织细化和性能提高有着显著效果。本文以经过P盐变质的Al-11.5Si-4Cu-2.6Ni-1Mg-0.45Fe近共晶多元Al-Si活塞合金为研究对象,其主要非平衡显微组织包括α-Al、初生硅、共晶硅以及金属间化合物相,重点研究超声场对近共晶多元Al-Si合金凝固特性、显微组织及合金析出相析出机制的影响。通过金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等分析手段,分析了超声场对活塞铝合金凝固过程的作用机制,确定了最佳超声工艺。主要研究结果如下:（1）熔体超声处理可以提高初生硅的析出温度,缩短共晶时间,同时随着超声功率的增加、超声施加温度的提高、超声施加时间的延长初生硅、共晶硅以及合金耐热相逐渐细化,α-Al相由树枝晶逐渐转化为等轴状,当熔体温度为720℃、施加3000W功率超声120s时,初生硅析出温度最高为588.4℃,共晶时间最短为14.5s,相对于未施加超声场时初生硅析出温度提高3.5%,共晶时间缩短64%,此时,组织细化效果最佳,初生硅等积圆直径从21.6μm减小到15.4μm;共晶硅长度由19.6μm减小到8.45μm,宽度由0.92μm增加到1.91μm,合金耐热相彼此连接形成很多封闭或半封闭共晶团分布在合金基体中。（2）在凝固过程不同阶段施加不同功率（03000W）超声场对活塞合金凝固特性及显微组织影响显著。全凝固过程中超声场处理时,随着超声功率增加,初生硅析出温度及共晶温度降低,共晶时间缩短,在超声功率为3000W时,初生硅析出温度最低为560℃,共晶时间最短为9.7s,相对于未施加超声场初生硅析出温度降低2.5%,共晶时间缩短73%,此外初生硅等积圆直径由25.85μm减小到16.7μm;共晶超声场处理时对共晶时间有显著影响,随着超声功率增加,共晶时间缩短,超声功率为3000W时,共晶时间最短为13.5s,相对于未施加超声场缩短63%,同时初生硅等积圆直径由25.85μm减小到18.6μm。（3）通过液淬快冷技术模拟合金的凝固过程,发现不施加超声场时,初生硅在600℃590℃生成并长大;共晶硅和α-Al在565℃541℃析出长大;在552℃析出T-Al9FeNi相,546℃时析出针状富稀土相,541℃析出δ-Al3CuNi相;536℃析出θ-Al2Cu相和Q-Al5Cu2Mg8Si6相。施加超声场可以提高初生硅、共晶硅及T-Al9FeNi相析出温度,减小初生硅尺寸,使长针状的共晶硅变为短棒状,促使T-Al9FeNi相由块状转化为网状;此时针状富稀土相在600℃时开始析出,随着合金液温度的降低,针状富稀土相通过包晶反应转化为δ-Al3CuNi相开始消失;此外超声场作用下δ-Al3CuNi相、θ-Al2Cu相与Q-Al5Cu2Mg8Si6相在520℃析出。