活塞铝合金综合性能的研究

设计型综合实验

实验名称：活塞铝合金综合性能的研究

学校：

学院：材料与化工学院

专业：金属材料工程

班级：

学号：

姓名：

实验组员：

指导老师

实验时间：2016.08.31—2016.10.15

摘要：活塞是发动机的心脏，时其关键零部件之一。由于活塞工作条件恶劣，所以对其性能要求很高。铸造铝硅合金具有良好的综合性能，故本课题以铝硅合金为基础做了两组对照试验：一组是对浇注成型的试样进行金相分析，另一组时对固溶时效处理后的试样进行金相显微分析，并对比两组金相组织。第一组未精炼的试样组织其铸造组织缺陷多而明显，精炼后的使用组织由于铸型的预热和浇注

温度的提高，缺陷铸件减少，且有明显的CuAl

2、Al

2

Si等相。固溶时效处理过程

中炉温过高，导致了试样过烧。

关键词：活塞；铝硅合金；固溶时效；过烧

Abstract:As one of the important components,a pistons is the hurt of automobile engine.The high demand of pistons was due to abominable operating conditions.The nice combination property was provided with casting Al-Si alloy,and there are two groups of control experiment was based on Al-Si alloy in project:one to metallographic analysis with contact molding sample and another to observe metallographic structure with the specimen was be solid solution and aging.There are many obvious casting defect of sample structure wasn’t refined in the first group.The defect decreases with the increasing pouring temperature,of sample

structure after the refine,and the phase of CuAl

2、Al

2

Si was

apparent.Oversintering was leaded to higher furnace temperature in the solid solution and aging.

Keywords:pistons;Al-Si alloy;solid solution and aging;oversintering

目录

绪论 (1)

1.选题 (1)

1.1选题背景和目的 (1)

1.2课题的研究内容 (1)

2.活塞铝合金概述 (2)

2.1铝合金概述 (2)

2.2活塞简述 (2)

2.2.1活塞定义 (2)

2.2.2活塞工作条件 (2)

2.2.3活塞性能要求 (2)

3.铝合金组成成分 (3)

3.1各合金元素对铝合金的影响 (3)

3.2铝合金炉料配比 (3)

4.铝合金炉料熔炼 (4)

4.1浇注型腔选择 (4)

4.1.1选择铸造类型及原因 (4)

4.1.2腔内涂料 (4)

4.2变质剂 (4)

4.2.1变质剂选择 (4)

4.2.2变质作用 (5)

4.3精炼剂 (5)

4.3.1精炼剂选择 (5)

4.3.2精炼作用 (5)

4.4炉料熔炼流程 (5)

4.5熔炼时注意要点 (6)

5.热处理 (6)

5.1热处理概述 (6)

5.1.1固溶处理 (7)

5.1.2时效处理 (7)

5.2热处理的目的 (7)

5.3热处理工艺选择 (7)

5.4热处理要点 (7)

6.金相制备 (8)

6.1制备过程 (8)

6.1.1金相试样的截取 (8)

6.1.2试样磨制 (8)

6.1.3试样抛光 (9)

6.2金相组织 (9)

6.2.1未经热处理的试样 (9)

6.2.2热处理后的试样 (11)

结论 (12)

参考文献

结束语

绪论

活塞在发动机的工作中起到重要作用，时发动机的关键性零件。活塞作用是接受爆炸气体压力，并作用于活塞销，传给连杆曲轴旋转。在发动机工作时，高温气体直接作用于活塞，气体瞬时温度高达2300℃，其顶部温度达290-400℃，且温度分布不均匀；发动机工作时活塞顶部同时承受着很大的压力，此外活塞在气缸内往复运动线速度可达11-16m/s。在这种恶略的条件下工作，活塞承受着高温、高压的机械负荷和热负荷。因此活塞对于材料有着特殊的要求。

国内对于铸造铝合金活塞材料的研究主要集中在对传统的铝硅合金的基体增强上。在国内传统的铸造铝硅活塞合金的成分优化和处理工艺的研究还没有大突破的情况下，科研工作者已在寻求新的途径提高铸造铝合金的极限强度：（1）基体增强提高铸造铝合金的机械性能；（2）配合适当的成型工艺得到较好的生产效果。[10]例如氧化铝、硅酸铝和硼酸铝短纤增强铝合金活塞，都有很好的研究。[11-12]东南大学开发出使用陶瓷纤维增强铝基复合材料活塞的发动机，活塞寿命得到大幅度提高，并提高发动机功率，减少油耗和降低排放。[13]

国外也在耐热铝合金上做了大量研究，美国航空航天局两位华人科学家发明并命名了一种名为MSFC-398高强度耐高温过共晶铝硅合金材料，是非常适合生产发动机活塞的材料，其常温的抗拉强度比普通铝活塞提高了150%，高温性能尤为显著；[14]同样新型耐热铝合金发展也很迅速，即采用快速凝固技术所研发的，例如，O D Neikow等采用高压水雾化快速凝固的方法之制备了Al-Fe-Ce系列耐热铝合金，所得的材料精力都极小，组织致密有很少缺陷，其室温（25℃）和高温（300℃）抗拉强度分别可达到500-550MPa、270-300MPa。

1.选题

1.1选题背景和目的

铸造铝硅合金在当今汽车工业的应用非常广泛，但是铸造铝硅合金的力学性能并不是太高，使其进一步的推广使用受到限制。航空、航天及汽车发动机的轻量化已经成为世界研究的重要课题，轻量化可以节约能源，减少排气量，降低污染量。

1.2课题的研究内容

探究未热处理和热处理之后的力学性能变化，并观察金相组织组成成分，能影