过共晶Al-Si合金受控扩散凝固行为及挤压成形研究

【摘要】活塞作为汽车的关键零部件之一,在国际汽车轻量化的发展趋势下,对活塞的各项性能提出了更高的要求,影响活塞性能的关键因素有两个：材料和成形工艺。过共晶A1-Si合金以其密度小、热稳定性好、耐磨性高等优点成为最理想材料。但是,过共晶A1-Si合金在凝固过程中,由于其结晶温度范围宽,结晶潜热大,初生硅相极易长成粗大板块状或长条状,严重割裂基体,导致合金脆性提高,铸件力学性能显著降低,切削性能变差,而且传统的砂型铸造和金属型铸造得到的铸造内部存在较多缺陷,大大降低了成形件的性能,限制了其应用。因此,如何减小铸件中初生硅相尺寸、改善初生相形貌和在组织中的分布,减小铸造成形件中的缺陷、提高合金性能,成为解决问题的关键。本文以过共晶Al-Si合金为研究对象,首先采用受控扩散凝固原理对过共晶A1-Si合金进行细化研究,在此基础上得出最佳的受控扩散凝固工艺参数,然后采用能够得到致密组织的挤压成形技术,研究挤压工艺参数对成形件的影响。试验结果表明：(1)与传统浇注的自然凝固相比,受控扩散凝固能够有效的细化过共晶A1-Si合金中的初生硅相,提高初生硅相的圆整度,减弱凝固组织中的偏聚现象,提高合金的力学性能。(2)当固态的纯Al在580℃时与液态的高硅母合金A1-25Si在800℃时混合,进行热量和溶质原子的扩散,然后在640℃浇注,能够得到最好的凝固组织,其初生硅相平均直径为11.68μm,形状因子达到1.608。(3)通过对受控扩散凝固过程温度变化的时时测定和分析,将受控扩散凝固过程分为三个阶段：混合阶段、温度平衡阶段、均匀降温阶段。(4)采用受控扩散凝固挤压成形技术,较之传统成形技术,能够成形出形状完整、表面光洁度高、组织更好、性能更高的零件。(5)在受控扩散凝固挤压成形活塞试验中,当挤压开始时间为60s、挤压比压为81MPa、保压时间为12s时,能够成形出表面质量更好、凝固组织中初生硅相更细小、偏聚现象更少、性能更高的成形件。
【作者】周宏伟；
【导师】李元东；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】受控扩散凝固；过共晶Al-Si合金；初生硅相；挤压成形；

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