基本信息
- 项目名称：
- 喷射沉积过共晶Al-Si-Fe合金热处理工艺研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 对喷射沉积Al-15Si-5Fe-2Ni-3.5 Cu-1Mg -1.5Mn-1V合金进行热处理工艺研究，根据对硬度和耐磨性的影响得到最佳的热处理工艺。提高其合金的性能。
- 详细介绍：
- 现代汽车工业的发展对发动机活塞材料的耐热性、耐磨性和热膨胀性提出了越来越高的要求，国内广泛采用的共晶型铝硅合金(如ZL108，ZL109等) 已不适应高质量、高速度、高压缩比内燃机的要求[1-3]。所以，新材料有待开发。 过共晶铝硅合金是一种优良的耐磨材料。它具有比重轻、热膨胀系数小、热稳定性好、耐磨性高、高强度、高硬度和良好的体积稳定性等优点，使其在航天、汽车、电子工业材料等方面有着广泛的应用前景[4,5]。 铝硅合金的耐磨性和体积稳定性随着其硅含量的增高而提高，但是，在过共晶铝硅合金中，随着含硅量的增加组织中出现大量的初晶硅，由于初晶硅硬而脆，特别是呈现粗块状的初晶硅，严重割裂合金基体，并且硅相尖端和棱角部位会引起应力集中，从而明显地降低这种合金的力学性能。使过共晶铝硅合金具有价值的关键是细化初晶硅，方法有很多种，如超声波振动法、急冷法、低温铸造法、熔体加压铸造法等。这些方法虽有一定细化效果，但都不理想[6]。变质处理方法研究得比较多，但当硅量超过14wt%时，即使变质处理也无法消除硅相的不利影响，所以变质处理实质上进展不大。喷射沉积方法提供了一种崭新的途径。与铸态相比喷射沉积技术具有冷速快(可获得106K/s以上的冷速)、工艺简单、氧化程度低、组织细化等诸多优点[7]。 铝合金固溶处理能获得溶质和空位双重过饱和的固溶体。这种过饱和固溶体在时效时将发生脱溶，形成溶质原子的偏聚区或者沉淀相颗粒，进而引起材料的强化。固溶处理的目的就是使Cu、Mg、Fe、Si等合金元素溶入到基体中，以获得高浓度的过饱和固溶体；而人工时效和自然时效的目的是从过饱和固溶体中析出第二相以达到对合金基体的强化作用。影响固溶和时效析出效果最重要的因素是固溶温度和时间，固溶温度过低或固溶时间过短，则固溶不充分，从而导致时效析出强化不理想；固溶温度过高及时间过长，则易导致晶粒长大，产生组织过热甚至过烧，反而使合金性能恶化。时效温度过低或时效时间过短，第二相来不及充分析出，而达不到最佳的强化效果；反之，时效温度过高、时效时间过长，则会造成第二相聚集长大，产生过时效。因此，本文利用喷射成形制备经致密化变形后的高硅铝合金，重点研究固溶温度及时间、自然时效时间、人工时效温度及时间对其组织和性能的影响，确定最佳的热处理工艺。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 对实验前期进度的成果的总结，为后期国家级项目实验奠定基础。 根据实验步骤，利用四因素三水平法和追加试验确定最佳热处理工艺，分析其组成相和耐磨性。
科学性、先进性及独特之处
- 利用添加Fe、Mn 等合金元素和喷射沉积技术改善铝硅合金的组织和性能，对其进行热处理工艺研究，得到最佳热处理工艺，进一步提高铝硅合金的组织和性能。
应用价值和现实意义
- 对喷射沉积Al-15Si-5Fe-2Ni-3.5 Cu-1Mg -1.5Mn-1V合金进行固溶时效处理，更大的发挥铝硅合金的性能，扩大其使用范围并增加铝硅合金零件的使用寿命。
学术论文摘要
- 本文采用喷射沉积过共晶铝硅合金挤压坯，利用正交试验的方法对其进行了固溶+人工时效处理，研究了固溶和人工时效的温度及时间对挤压态合金组织结构的影响，测定了不同固溶+人工时效处理后的合金的硬度和耐磨性，并确定最佳固溶+人工时效工艺。结果表明，固溶温度、固溶时间、时效时间和时效温度对过共晶铝硅合金组织和性能的影响依次降低，并得出最佳的热处理工艺为520℃×3h+120℃×10h，进一步提高该合金的性能。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 王建强，曾梅光．快速凝固耐热铝合金研究动态与前景．材料工程，1995，(12). [2] 范洪波，沈军，崔成松等．喷射成形快速凝固技术在铝合金中的应用, 粉末冶金技术，1998, 16(2)． [3] 董天春．RP350耐热铝合金的热处理实践．兵器材料科学与工程，1989，(5)：． [4] 刘存玉．2618铝合金锻件Ｔ6热处理制度的研究．轻合金加工技术，1993，21(10)． [5] 郗雨林．LD7铝合金时效工艺的研究．热加工工艺，1997，26(2)． [6] 周多三．快速凝固Al-Fe-V-Si粉末耐热铝合金的研究．中南矿冶学院学报，1991，22(1).
同类课题研究水平概述
- 我国铸造铝合金分为四大系列，有近28个牌号，而Al-Si系合金就占一半，它们是生产汽车铝铸件的主要系列。在铝中添加Si可增加强度和耐磨性，同时使线膨胀系数降低。但当含Si量超过15%时，铸造冶金Al-Si合金中初晶硅粗大(30-100μm)，从而损害了合金的性能。使得Si元素在合金中的加入量受到限制，从而使高Si铝合金的性能潜力无法充分发挥，也无法满足现代工业对Al-Si合金在使用性能方面日益增长的要求。快速凝固技术因具有冷速高、组织均匀细小、扩大合金元素的固溶极限等优点可显著提高合金的性能，在过去的几十年中快速凝固高Si铝合金得到了迅速发展。 用快速凝固技术研究耐磨铝合金，始于60年代，Dixon成功地用粉末冶金方法制取了Si含量高达45wt.%的过共晶Al-Si合金，而且，初晶Si十分细小，分布均匀。七十年代，Skelly等又对含Si从25%-45%的二元或三元铝合金进行了研究，制取了高耐磨快速凝固高硅铝合金。进入八十年代，许多国家特别是日本对快速凝固高硅铝合金进行了广泛的研究，并首次将其应用于生产。到九十年代，对快速凝固高硅铝合金的研究进入鼎盛时期，除日本外，荷兰、法国、挪威、南朝鲜及印度、美国等国家相继展开了这一领域中的研究工作。近年来国内也在这方面进行了广泛的研究工作，主要集中在天津大学、中南工业大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学及沈阳金属研究所等科研院校。日本的研究工作主要针对实际应用，具体产品的制造，而其它国家基本上处于基础研究阶段。研究的内容涉及到合金成分设计、制备工艺、组织变化及性能等各个方面。 目前，用于Al-Si耐磨合金的快速凝固工艺主要有：喷射沉积法、多级雾化法、水雾化法、抛带法、离心雾化法以及气体雾化法等。采用快速凝固技术生产Al-Si合金粉末或条带需要固结成型，即使采用喷射成形，也因有一定的孔洞需进一步致密化。常用的固结工艺或致密化工艺是热挤压，有时也采用热等静压制工艺。热挤压工艺参数不同，获得的合金性能也不一样，有时相差十分显著。然而采用粉末冶金方法制备高Si铝合金仍存在两个方面的主要问题，一是韧性差，二是成本高，这两方面问题均与制粉和成型工艺有关。采用喷射沉积法，然后热挤压的工艺，可在一定程度上解决此类问题。因此，在此喷射沉积基础上进行热处理工艺进一步提高其性能更具有研究价值。
