（材料加工工程专业论文）铝硅活塞合金除钙的研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独 立进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本声明 的法律责任由本人承担 论文作者签名 姜扬 l 日 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的e r ij l i j 件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权山东大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采 用影印 缩印或其他复制手段保存论文 r i t e 编本学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 耄纽净师签名 蛐期 二塑蚴 山东大学硕士学位论文 目录 目录 i 摘要 i a b s t r a c t i i i 本文的创新点与主要贡献 v 1 绪论 1 1 1a 1 s i 活塞合金的研究现状和趋势 1 1 2a 1 s i 合金的组织和力学性能特点 3 1 2 1a 1 s i 合金的组织特点 3 1 2 2a l s i 合金的力学性能特点 4 1 3 变质处理在a 1 s i 合会中的应用 5 1 3 1a 1 s i 合金共晶体的变质处理 5 1 3 2a 1 s i 合金中初晶硅的变质处理 7 1 3 3a 1 s i 合金中的双重变质 8 1 4 含磷变质剂的种类及研究现状 1 0 1 4 1 含赤磷粉的混合变质剂 1o 1 4 2 磷盐复合变质剂 1 0 1 4 3 含磷中问合金变质剂 1 1 1 4 4 影响磷变质效果的工艺因素 1 2 1 5 本文选题意义及主要研究内容 1 4 2 试验方法 1 5 2 1 引 言 1 5 2 2 研究的技术路线 1 5 2 3 试验研究方法 1 6 2 3 1 试验材料与设备 1 6 2 3 2 近共晶a 1 s i 合金中钙磷交互作用试验 1 6 2 3 3 近共晶a 1 s i 合金中硼除钙试验 1 7 2 3 4 近共晶a 1 s i 合金中氟除钙试验 1 7 山东大学硕士学位论文 2 4 试验分析方法及数据处理 1 7 2 4 1 组织结构的显微分析 1 7 2 4 2 差式扫描量热分析 d s c 1 8 3 钙在a l s i 合金中的存在形式及其对组织的影响 2 0 3 1 引言 2 0 3 2 钙对a 1 s i 合金微观组织的影响 2 0 3 3 加磷和热处理对富钙化合物的影响 2 2 3 4 钙对a 1 s i 合金磷变质处理的影响 2 5 3 5 保温时问 重熔和加碳处理对a 1 s i 合金中钙含量的影响 2 5 3 6 结论 2 7 4 硼对a 1 s i 合金中钙 中毒 的抑制作用 2 8 4 1 引言 2 8 4 2b 对a 1 s i 合金磷变质和性能的影响 2 8 4 3 硼对a l s i 合金除钙的影响 2 9 4 4 结论 一3 7 5a l s i 合金中氟除钙的研究 3 8 5 1 引一言 3 8 5 2k 2 t i f 6 对a 1 s i 合金除钙的研究 3 8 5 3k 2 t i f 6 在近共晶a 1 s i 中除钙机理的研究 4 1 5 3 1t i 对近共晶a 1 s i 中除钙的影响 4 1 5 3 2f 对近共晶a 1 s i 合金除钙的影响 4 2 5 4 结论 4 4 6 结论 4 6 参考文献 4 7 致 射 5 3 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c o n t e n t s i a b s t r a c t i nc h i n e s e i a b s t r a c t i ne n g l i s h i i i i n n o v a t i o n s 1 p r o l e g o m e n o n 1 1 1 i n v e s t i g a t i o ns t a t u sa n dd e v e l o p m e n to fa i s ia l l o y s 1 1 2s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fa i s ia l l o y s 3 1 2 1s t r u c t u r ec h a r a c t e r i z a t i o n so f a l 一s ia l l o y s 3 1 2 2m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f a l s ia l l o y s z i 1 3a p p l i c a t i o no fm o d i f i c a t i o nt r e a t m e n ti na 1 s ia l l o y s 5 1 3 1m o d i f i c a t i o no f e u t e c t i cs i i na 1 一s ia l l o y s 5 1 3 2r e f i n e m e n to f p r i m a r ys i i na 1 s ia l l o y s 7 1 3 3d u p l e xm o d i f i c a t i o ni na i s ia l l o y s 8 1 4d e v e l o p m e n ta n dv a r i e t yo fm o d i f i c a t o rc o n t a i n i n gp h o s p h o r u s 10 1 4 1m i x e dm o d i f i c a t o rc o n t a i n i n gr e dp h o s p h o r u sp o w d e r lo 1 4 2c o m p o u n dm o d i f i c a t o ro fp h o s p h a t e 1 0 1 4 3m a s t e ra l l o y sc o n t a i n i n gp h o s p h o r u s 1 1 1 4 4t e c h n i q u ef a c t o r so fpm o d i f i c a t i o n 1 2 1 5t h ep u r p o s ea n dm a i nc o n t e n t si nt h ed i s s e r t a t i o n 一1 4 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 1 5 2 1i n t r o d u c t i o n 1 5 2 2 t e c h n o l o g yr o u t ei n t h i s r e s e a r c h 11 2 3e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 1 6 2 3 1e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l sa n de q u i p m e n t s 1 6 2 3 2e x p e r i m e n to fc a pr e a c t i o ni nn e a re u t e c t i ca i s ia l l o y s 16 2 3 3c ar e m o v a lb ybi nn e a r e u t e c t i ca 1 s ia l l o y s 1 7 2 3 4c ar e m o v a lb yfi nn e a re u t e c t i ca 1 一s ia l l o y s 1 7 2 4e x p e r i m e n t a la n a l y s i sm e t h o d sa n dd a t ap r o c e s s i n g 17 2 4 1 a n a l y s i so fm i c r o s t r u c t u r e s 1 7 2 4 2d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e r d s c 1 8 3f o r m a t i o no fc aa n di t se f f e c to nt h em i c r o s t r u c t u r eo fa i s ia l l o y 2 0 山东大学硕士学位论文 1i n t r o d u c t i o n 3 2e 行e c to fc ao nt h em i c r o s t r u c t u r eo fa 1 s ia l l o y 2 0 3 3e 髓c to f pa d d i t i o na n dh e a tt r e a t m e n to nt h ec a r i c hc o m p o u n d s 2 2 3 4e f f e c to fc ao nt h epm o d i f i c a t i o no fa 1 s ia l l o y 2 5 3 5e f f e c to fh o l d i n gt i m e s r e m e l ta n dco nt h ec ac o n t a i n i n gi na 1 一s ia l l o y 2 5 3 6s u m m a r y 2 7 4e f f e c to f b0 1 1t h ec a p o i s o n i n g e f f e c ti na 1 一s ia l l o y s 2 8 4 1 i n t r o d u c t i o n 4 2e 虢c to fbo nt h epm o d i f i c a t i o na n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fa 1 s ia l l o y 2 8 4 3e 虢c to fbo nt h ec ar e m o v a li na 1 一s ia l l o y 2 9 4 4 s u m m a r y 7 5s t u d yo f c ar e m o v a lb yfi na l s ia l l o y 3 8 1 1i n t r o d u c t i o n 8 5 2s t u d yo f c ar e m o v a lb yk 2 t i f 6i na 1 一s ia l l o y 3 8 5 3 s t u d yo fm e c h a n i s mo fc ar e m o v a lb yk 2 t i f 6i n a 1 一s ia l l o y 4 1 5 3 1e f r e c to f t io nt h ec ar e m o v a li nn e a re u t e c t i ca i s ia l l o y 4 1 5 3 2e f f e c to ffo nt h ec ar e m o v a li nn e a re u t e c t i ca 1 s ia l l o y 4 2 5 4s u m m a r y 4 5 6c o n c l u s i o n s 4 6 r e f e r e n c e 4 7 a c k n o w l e d g e m e n t s o 山东人学硕士学位论文 摘要 a 1 s i 合金广泛应用于发动机活塞等动力传递件 为提高其使用性能 必须 对其进行变质处理 目前使用最广泛的是磷变质处理 a l p 作为初晶硅的异质核 心 钙使a 1 s i 活塞合金磷变质中毒 且当活塞合金中杂质钙较多时 合金熔体 流动性变差 容易吸气和发生微观针孔或缩松 并产生偏析性硬脆化合物使铸 件废品率上升 因此解决a l s i 活塞合金除钙问题是一项有重要意义的工作 本文利用光学显微镜 o m 电子探针显微分析仪 e p m a 差示扫描量 热仪 d s c 扫描电镜 s e m 等测试手段对近共晶a 1 s i 合金中的富钙化合 物进行了研究 通过探讨f 和b 在a 1 s i 熔体中与c a 的交互作用 提出了两种 不同于传统氯化处理的新方法 本文的主要研究工作如下 1 近共晶a l s i 合金中的富钙化合物及其与p 的交互作用 对a l s i 合金中富钙化合物进行研究 找出富钙化合物形成规律 为进一步 除钙打下基础 研究表明 近共晶a 1 1 2 6 s i 合会中钙含量较高时 部分c a 作为 变质元素对共晶硅起到变质的作用 使其变为珊瑚状 而多余的c a n 与a l 矛1 s i 结合形成c a a l 2 s i 2 多元化合物 加磷和热处理对a i 1 2 6 s i 合金中的块状c a a l 2 s i 2 化合物影响不大 加入的磷主要固溶到该化合物中 钙对a 1 s i 合会的磷变质有 很大影响 p c a 和s i 形成了多化合物 从而抑制了a l p 的生成 使磷变质失效 保温时间的延长能够使a 1 s i 合会中的钙含量显著降低 加碳处理也能够降低 a 1 s i 合金中的钙含量 但是重熔处理对合金中钙含量的影响不大 2 硼对a 1 s i 合金中钙 中毒 的影响 b 的加入能够促进过共晶a 3 9 0 合金的磷变质效果 对于a 3 9 0 合金 b 和p 联合处理可以使初晶硅细化至4 0 9 m 以下 b 的加入能够进一步提高合金的力学 性能 对于a 3 9 0 合金 利用b 和p 联合处理时 合金的强度可以达到2 8 9 3 7m p a 比单独的磷变质处理提高了1 1 b 能够恢复c a 中毒 a 1 s i 合金的磷变质效果 使c a 中毒的a 1 s i 合金中 重新析出初晶硅 b 的加入能够显著降低a 1 s i 合金中钙的含量 对合金中元素 p 的含量影响不大 元素c a 使a 1 1 2 6 s i 合金磷变质 中毒 但是b 的加入能 够使磷变质效果恢复 b 的加入有两方面的作用 一方面b 的加入与c a 结合 山东大学硕士学位论文 降低合金中的c a 含量 另一方面b 的加入也进一步促进了磷变质效果 使合金 中析出的初晶硅更加细小 共晶硅也更加圆润 3 a i s i 合金中氟化除钙的研究 元素c a 使近共晶a 1 s i 合金中的磷变质失效 当c a 含量较高时 a 1 s i 合 金中没有初晶硅析出 磷变质效果不会出现 a 1 s i 合金中的钙含量随着k 2 t i f 6 和a 1 f 3 的加入显著降低 加入1 5 的k 2 t i f 6 a i s i 合金中的钙含量可由1 1 l o p p m 降低到5 0 p p m 而加入1 a 1 f 3 钙含量则降低到7 p p m 一定量k 2 t i f 6 a 1 f 3 的加入可使钙 中毒 a l s i 合金中的磷变质效果恢复 重新析出初晶硅 其中 a 1 f 3 起到关键作用 在近共晶a 1 s i 活塞合金中利用k 2 t i f 6 和a i f 3 进行氟化除 钙 是一种行之有效的方法 总之 本文通过对a 1 s i 活塞合金除钙进行研究 提出了两种不同于传统氯 化除钙的新方法 为国际上目前盛行的a 1 s i 合金强韧化的研究提供了可供参考 和借鉴的新思路 将为a 1 s i 合金的强化处理提供重要的理论基础和开辟新的途 径 关键词 除钙 a 1 s i 磷变质 初晶硅 氟 硼 l l 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a i s ia l l o y sa r ew i d e l yu s e df o rp o w e r t r a n s m i s s i o np a r t ss u c ha st h e p i s t o n si n e n g i n e s i no r d e rt oi m p r o v et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s i ti sn e c e s s a r yt om o d i f i c a t i o n a n dpm o d i f i c a t i o ni sw i d e l yu s e di na i s ia l l o y si nw h i c ha l p p a r t i c l e sa c ta st h e n u c l e io fp r i m a r ys i h o w e v e r c ai m p u r i t yw i l lp o i s o nt h ep m o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c y i na i s ip i s t o na l l o y m o r e o v e r i tm a k e st h ef l o w a b i l i t yo fa i s im e l tw o r s e a n d i n c r e a s ei n s p i r a t o r ya n ds h r i n k a g ep o r o s i t y t h eg e n e r a t i o no fs e g r e g a t i o nb r i t t l e e o m p o u n d si n c r e a s e st h er e j e c t i o nr a t i oo fc a s t i n g s s o s o l v i n gt h ec ar e m o v a l p r o b l e m si na 1 s ia l l o y si sam e a n i n g f u lw o r k t h er i c h c ac o m p o u n d si n n e a re u t e c t i ca 1 1 2 s ia l l o y sw e r es y s t e m a t i c a l l y s t u d i e du s i n go p t i c a l m i c r o g r a p h o m e l e c t r o n p r o b em i c r o a n a l y z e r e p m a d i f f e r e n t i a l s c a n n i n gc a l o r i m e t e r d s c a n ds c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o a n a l y z e r s e m e t c i nt h i sw o r k b yd i s c u s s i n gt h ei n t e r a c t i o no ffa n dbw i t hc ai na 1 一s i m e l t t w on e wm e t h o d sd i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a la d d i t i o no f c 1 a r ep u tf o r w a r d t h e m a j o rr e s e a r c he f f o r t so ft h ep r e s e n ts t u d ya r ea sf o l l o w s 1 r e a c t i o no fr i c h c ac o m p o u n d sw i t hpi nn e a re u t e c f i ca i s ia l l o y s i ti si m p o r t a n tt os t u d yt h er i c h c a c o m p o u n d sa n di t sf o r m a t i o nr u l e si na 1 s i a l l o y sf o rc ar e m o v a l t h es t u d ys h o w st h a tw h e nt h ec a c o n t a i n i n gi sh i g h p a r to f c am o d i f i e se u t e c t i cs if r o mf l a k e 1 i k et oc o r a l 1 i k e t h eo t h e ra c tw i t ha 1a n ds i f o r m i n gc a a l 2 s i 2c o m p o u n d s t h e r ei sn op a r t i c u l a ri n f l u e n c eo fa d d i t i o no fpa n d h e a tt r e a t m e n to nt h eb l o k ec a a l 2 s i 2c o m p o u n d s e l e m e n tp m a i n l ys o l u t i o n i z e di n c a a l 2 s i 2c o m p o u n d s t h e r ei sg r e a ti n f l u e n c eo fc ao nt h epm o d i f i c a t i o ni na i s i a l l o y c ar e a c t e dw i t hpa n ds i w h i c hs u p r e s s e st h ef o r m a t i o no f a l p m a k e sp m o d i f i c a t i o ni n e f f i c i e n c y e x t e n s i o no fh o l d i n gt i m ec a nr e d u c et h ec a c o n t a i n i ni n a 1 一s ia l l o y a d d i t i o no fc a r b o nc a na l s or e c u c et h ec ac o n t a i n i ni na 1 s ia l l o y s b u t t h e r ei sn op a r t i c u l a ri n f l u e n c eo fr e m e l to nt h ec ar e m o v a li na 1 s ia l l o y s 2 s t u d yo fc ar e m o v a lb ybi na i s ia l l o y s bc a ni m p r o v et h epm o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi nh y p e r e u t e c t i ca 3 9 0a l l o y t h e p r i m a r ys ic a nb er e f i n e dt ol e s st h a n4 0 p mi na 3 9 0a l l o yw i t hc o m b i n e dba n dp i i 山东大学硕士学位论文 a d d i t i o n t h ea d d i t i o no fbc a na l s oi m p r o v et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fa l s ia l l o y s t h es t r e n g t ho fa 3 9 0a l l o yw i t hc o m b i n e dba n dpa d d i t i o nc a nr e a c ht o2 8 9 3 7m p a 11 h i g h e rt h a nt h a tw i t hpa d d i t i o n bc a nr e c o v e rt h epm o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi nc a p o i s o n e d a 1 一s ia l l o y s c a n p r o m o t et h ep r i m a r ys ip r e c i p i t a t e da g a i n t h ea d d i t i o no fbc a nd e c r e a s et h ec a c o n t a i n i ni na 1 s ia l l o y b u tt h e r ei sn op a r t i c u l a ri n f l u e n c eo nt h ep c o n t a i n i n g t h e r e a r et w or e a s o n sf o rw h ybc a nr e c o v e rt h epm o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi na 1 s ia l l o y 0 nt h eo n eh a n d br e a c t sw i t hc aa n dr e d u c et h ec ac o n t a i n i n g o nt h eo t h e rh a n d a d d i t i o no fb i m p r o v et h ep m o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c y w h i c hm a k e st h ep r i m a r ys if i n e r e u t e c t i cs ir o u n d e r 3 s t u d yo fc ar e m o v a lb yf l u o r i d ei na i s ia l l o y s c ap o i s o npm o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi nn e a re u t e c t i ca 1 s ia l l o y s p r i a m r ys ic a n n o tp r e c i p i t a t ew h e nt h ec a c o n t a i n i n gi sh i g h s od o e st h epm o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c y t h ec a c o n t a i n i n gi na 1 s ia l l o yi ss h a r p l yd e c r e a s e dw i t ha d d i t i o no fk 2 t i f 6a n d a i f 3 t h ec ac o n t a i n i n gi na 1 s ia l l o yc a nb ed e c r e a s e df r o m1lo o p p mt o5 0 p p m w i t h1 5 k 2 t i f 6a d d i t i o n w h i l et h ec a c o n t a i n i n gi na 1 s ia l l o yc a nb ed e c r e a s e dt o 7 p p m w i t h1 a 1 f 3a d d i t i o n t h ea d d i t i o no f k 2 t i f 6a n da 1 f 3c a nr e c o v e r t h ep m o d i f i c a t i o ne f f i c i e n c yo ft h e p o i s o n e d a 1 s ia l l o y p r i m a r ys ic a n p r e c i p i t a t e a g a i n a n da i f 3i st h ek e ye l e m e n t s oi ti sf e a s i b l em e t h o dt or e m o v ec ab yk 2 t i f 6 a n da 1 f 3i nn e a re u t e c t i ca 1 一s ip i s t o na l l o y i naw o r d b ys t u d y i n gc ar e m o v a li na i s ip i s t o na l l o y s t w on e w t e c h n i q u e s d i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a lc ar e m o v a lb y c 1 a rep u tf o r w a r di n t h i sw o r k i t p r o v i d e st h er e f e r e n c a b l ei d e a sf o rt h es t u d i e so fs t r e n g t ho fa 1 一s ip i s t o na l l o y s a n d w i l lp r o v i d et h em o r ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a lb a s i sa n dan e w w a yf o rt h es t r e n g t h i n go f a i s ia l l o y s k e yw o r d s c ar e m o v a l a i s i pm o d i f i c a t i o n p r i m a r ys i f l u o r i d e b o r o n 山东大学硕士学位论文 本文的创新点与主要贡献 1 研究了a 1 s i 合金中富钙化合物的形成规律以及c a 在a 1 s i 合金中的作用规 律 在此基础上 揭示了保温时间和重熔等参数对a i s i 合金中c a 含量的影 响 2 提出利用b 和f 实现近共晶a i s i 合金除钙的新方法 发现了b k 2 t i f 6 和 a i f 3 的加入可以显著降低a 1 一s i 活塞合金中的c a 含量 恢复 中毒 活塞合 金的磷变质效果 v 山东人学硕士学位论文 1 绪论 1 1ai si 活塞合金的研究现状和趋势 铝的比重小 塑性好 具有优良的导电性和导热性 表面有致密的氧化膜保 护 抗腐蚀性好 而且回收成本低 是一种可持续发展的有色金属 在纯铝中 加入其它金属或非金属元素 能配制成各种可供压力加工或铸造用的铝合金 由 于铝的比重小 其比强度 抗拉强度 l t 重 远比灰铸铁 铜合金和球墨铸铁的 高 仅次于镁合金 钛合金和高合金钢 l 铝及其合金的上述优点决定了它在工 业上越来越重要的地位和突飞猛进的发展 目前世界原铝生产与消费基本处于平 衡状态 据估算 西方国家近4 0 年来 包括回收废品在内 的消费增长速度一 直在5 左右 铝的消费一直呈上升的趋势 我国近二十年来铝的消费增长速度 平均为1 0 左右 增幅较大 随着世界经济的发展及科技水平的不断提高 世界 铝的消费结构也正发生着深刻变化 由西方发达国家铝的消费结构可以看出 铝 的消费已从最初的军工 航空航天 电力 机械等传统领域转向交通运输 建筑 等领域 其中交通 建筑及包装三个领域的消费比例约占消费总量的7 0 而汽 车工业的发展为铝材消费提供了巨大的市场空间 目前 全世界耗铝量的1 0 1 4 用于汽车工业 铸造铝合会具有优良的铸造性能 2 铸造方法也很多 可以根据使用目的 零件形状 尺寸精度 数量 质量标准 力学性能等各方面的要求和经济效益 选择最适宜合金和铸造方法 因此 铸造铝合金在所有铝合会中占了相当大的比 重 获得了广泛的应用 铸造铝合金 1 主要有a 1 s i a 1 c u a i m g a i z n 四类 其中a l s i 类合金 s i 芝5 在工业上应用的时问虽然较a i c u 类合金为晚 但 它具有优良的铸造性能 如收缩率小 流动性高 气密性好和热裂倾向小等 经 过变质处理之后 还具有很好的力学性能 物理性能和切削加工性能 因而成为 铸造铝合金中品种最多 用量最大的合金 铝合金最早于1 9 0 3 年试用于内燃机活塞 其成分为a l 一1 0 z n 3 5 c u 然 而其耐热性不能满足要求 不久就被放弃 但对活塞材料的发展是个突破 随后 欧美研制出a i 一8 c u 合金 改进了活塞的耐热性 基本上满足了当时活塞的使 用要求 1 9 2 1 年 y 合金 a 1 4 c u 1 5 m g 2 0 n i 问世 合会中加入c u 和 m g 起到弥散强化作用 加n i 生成n i a l 3 金属间化合物 提高了合金的抗高温蠕 山东大学硕士学位论文 变能力 这样 y 合金 以其高耐热性 较好的铸造和锻造性能而作为典型的 活塞用铝合金而广泛使用 后来我国研制成功r r 合金 a 1 2 c u 1 s i 1 f e 1 5 m g 1 n i 通过加入n i f e 等合金元素提高了耐 热性 3 1 1 9 2 0 年p a c z 发现n a 对a 1 s i 二元共晶合金具有变质作用 4 1 能改变合金的 显微组织 显著提高合金的机械性能 a 1 s i 共晶合会开始应用于活塞生产 1 9 2 4 年德国k s 公司研制成功膨胀系数低于 y 合金 的a 1 s i 系活塞合金h 2 4 5 合金 a 1 1 4 s i 一4 5 c u 1 5 n i 0 7 m g 1 9 2 6 年k s 公司研制成功过共晶 a 1 s i 合金k s 2 8 0 达到进一步降低合金热膨胀系数的目的 从此 过共晶a 1 s i 合金得到了发展 1 9 2 9 年美国a l c o a 公司取得了共晶a 1 s i 合金专利 由于共晶 a 1 s i 合金具有热膨胀系数小 高温强度高 体积稳定性好 耐磨性好 工艺性 能好 成本较低等优点 因此在活塞材料中逐步占据统治地位 我国解放初沿用了前苏联的a i c u 系合金 a j l l o b 相当我国以前用的 z l l l 0 合金 6 0 年代中期我国的活塞厂在已有合金的基础上加入微量稀土元素 i 使合金高温性能得到改善 促进了我国活塞材料的发展 到7 0 年代初 在 全国活塞行业活动的倡导下 大力推广a 1 s i 系活塞材料 逐步取代a 1 c u 系合 金 1 9 7 1 年采用加磷变质处理工艺 研制成功了金相组织呈过共晶型的共晶a 1 s i 合金 z l l 0 8 和z l l 0 9 t 5 1 并在生产中逐步得到推广应用 到7 0 年代中期开 始对过共晶a 1 s i 合金进行研制 用a 1 一s i 多元合金作为发动机用活塞材料 从成分选择上经历了从亚共晶到 共晶再到过共晶的发展过程 处理工艺上特别是变质处理经历了由单一变质向复 合变质的发展过程 随着a 1 s i 合金中硅含量的提高 活塞的力学性能和使用性 能提高 切削性能恶化 当进一步提高硅量 铸造性能变差 6 国内外三类a 1 s i 系活塞合金的牌号和化学成分见表1 1 7 9 1 目前国内外应用最广泛的活塞材料是硅含量为1 2 左右的近共晶a 1 s i 合 金 随着汽车用发动机向着高转速 高增压 低排放的要求发展 活塞的热负荷 和机械负荷越来越高 要求共晶a 1 s i 合金的线膨胀系数更小 耐热性更佳 因 此 对共晶及过共晶a 1 s i 合金中初晶硅的良好变质 合金化等是目前国内外热 门研究的课题 2 山东大学硕士学位论文 表1 1 国内外三类a 1 s i 系活塞合金的牌号和化学成分 t a b l e l 1t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n so f t h r e ek i n d so f a l s is e r i e sp i s t o na l l o y s 亚共晶 7 3 2 中 j1 o 1 0 0 1 0 4 0o 7 1 0 3 o 5 1 00 5 五 余量 b 硅龚s a b 罄蹙 i l o 52 0 4 0o o 1 j0 5 01 2i 0 z n 0 铷0 2 5 1 i 棠慧 a a 日j0 l o 2 o 一4 00 5 0 1 jo oloo z h 0 1 1 0 n i0 2 0 t i 余誊 a 既c日 j 0 1 0 二2 o 4 00 5 0 i 0 5 01 00 珏0 掩0 2 0 i t佘麓 l m 2 6英l乳5 l o 52 0 4 0o 5 0 一1 o o1 21 0 z a i o 靠0 2 0 五采量 a s i o c g n 童s j9 5 l o 52 0 2 51 2 1 j0 10 10 1 2 n 0 8 1 躺0 1 1 i 采量 鱼丝垒 壁鱼型墨篓三 壁 21 垒 三空 璺 壁 墨垒垒 墅垦壁 垫奎缒 共矗刁l l 傩中 1 1 o 1 3 0i o 2 00 5 1 00 3 o 9口40 2 z n 乳3 n i0 2 蔷 麓 铂硅类丑1 0中 j1 1 0 n 1 3 oo 1 0 争 1 40 2 0 0 2 五仉l 1 5 蝻0 2 t 采量 6 6 1中j1 1 0 1 2 01 3 0 0 7 i 0 0 3 5 咄do o 5 i 船哐囊量 s a e 3 2 1 羹 1 1 o 1 2 j1 o 2 00 4 i 00 0 9 1 o z u 0 o 躺0 2 五余量 s a b 2 l 羹 j1 1 0 1 2 0 一i 0 4 7 i 0 3 1 jn3 z n 2 3 o 陌0 2 瓢佘量 霸0 3 6 羹j1 1 o 1 3 0d 1 0 7 1 0 3 1 20 3 z n 2 3 0 n i 0 2 5 t i案量 l m l 3典j1 0 o 1 3 00 7 1 0 1 一i o 1 00 乙1 努矗o 2 0 t采麓 c 弘日 1 l o 1 3 00 0 一l 0 7 一1 0 1 0 10 1 z 0 1 一i 蹦0 2 0 1 i采量 a 且 俄 1 1 o l 01 5 3 00 8 1 3o o j 0 1 o 5 z h 0 8 1 3 黼0 0 5 o 五采盘 a 耳o俄 1 1 0 1 3 0o 1 1 0 1 30 20 70 2 五08 1 3 m 槛 s 1 2 0 c n 黛 3 j1 2 4 1 3 0o 1 1i 0 1 40 0 62 o 2 4 椅0 i 0 2 t i a t i l t 鱼墼堑l 筮翌e蔓i l 兰 q 12 墨 2璺 2垒 垒 2 垄垒 j m 壁 三至垒董 过共品a 3 9 0 o荚s j1 6 0 一i t 04 o 一5 00 4 5 o 6 50 1 0 0 5 0 0 1 0 z a 0 2 0 1 i采燕 钌硅龚3 9 2 0菱 s j l g 0 2 0 0 乱4 0 0 g o0 一1 2o 2 0 o 6 0l 0 5 0 z n 0 如n 10 2 0 t i 佘量 3 9 3 0燕 j y 2 1 0 2 3 00 7 1 1 0 7 i 3m l o1 3o 1 0 z n2 0 2 5 葡0 1 o 2 五 采篮 a c g a日 2 2 2 40 5 0 1 0 5 0 1 50 5 00 30 2 0 五o j 1 5 mo 2 1 i i象量 a c 9 b日 1 3 2 00 0 1 0 5 0 1 jo 5 0o 80 2 0 z n0 一1 5 mo 2 百棠量 l m 篮英 s r1 7 0 2 0 01 一i 10 0 1 50 60 70 6 00 e 1 n io 2 l i 采益 l m 2 9英 s r2 2 o 2 00 i 1 30 b 一1 30 07o j 6 c l0 8 1 3 狮0 2 t i 采麓 l m 如英 j1 6 0 一1 0 04 0 5 00 4 o 70 1 1 0 2 z u 0 1 孙0 2 f i 采盘 点 t 6 俄 j 2 21 3 50 j 0 70 4 o 0l0 2 o n l0 0 5 o 弧 采煞 a 砭l俄 2 0 叫2 2l 4 1 80 o 80 6 o s 0 7 0 5 l 2 凸1 4 一1 6 0 2 弧泉量 艘8 0俄j2 0 2 2l 卜l l0 4 o 霉0 6 0 g0 70 2 五14 1 6 n i0 2 t i枭量 硌曲i 俄 1 9 2 l1 3 1 7l 3 一1 7 0 4 一m 6 0 7o 2 五0 m 泉麓 l s 篮2 俄 2 4 2 60 0 1 30 8 1 3o 20 70 2 五0 s i 3 n i0 2 1 i 采量 z l l l 7中 1 9 2 2l o 一2 00 4 0 3o o io0 1 z h 仉5 1 5 r e 0 2 i i 案量 上海中j 2 21 j 200 1 00 3 5 o4 51 0 1 5 k e 禽重 大琏 中j1 81 60 70 40 1 1 i 禽篮 注 裘中有上下隈数值的为主要元亲 只有一个熬填的为杂质碾黛的上隈债 1 2 舢 s i 合金的组织和力学性能特点 1 2 1a i s i 合金的组织特点 a 1 s i 二元合金具有简单的共晶型相刚1 1 如图1 1 所示 室温下仅形成a 和d 两种相 a 相是s i 溶于a l 中的固溶体 性能和纯铝相似 所以也常被记为 0 a 1 相 在共晶温度5 7 7 c 时 s i 的最大溶解度是1 6 5 室温时只有o 0 5 p 相是a l 溶于s i 的固溶体 其溶解度至今尚未完全确定 其量极微 故可将p 相看成是纯s i 当s i 量在1 6 5 1 2 6 时 结晶过程中先析出0 相 到5 7 7 c 时 析出 0 p 共晶体 通常把共晶体中的p 相称为共晶s i 它在铸态下 若不经 变质处理 呈粗大的片状 共晶和过共晶成分的合金组织中出现的初晶d 相称为 初晶s i 它在铸态下 若不经变质处理 呈粗大的多角形块状或板状 3 山东大学硕士学位论文 图1 1a l s i 二元相图 f i g 1 1p h a s eo fb i n a r ya i s ia l l o y 二元a 1 s i 合金中 随着含s i 量的增加 合金的结晶温度范围不断变小 组织中共晶体的数量不断增加 合金的流动性 充型能力 显著提高 随着含s i 量的增加 合金的线收缩率也随之下降 热裂倾向也相应减少