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基本信息

項(xiàng)目名稱：
噴射沉積過(guò)共晶Al-Si-Fe合金熱處理工藝研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
對(duì)噴射沉積Al-15Si-5Fe-2Ni-3.5 Cu-1Mg -1.5Mn-1V合金進(jìn)行熱處理工藝研究，根據(jù)對(duì)硬度和耐磨性的影響得到最佳的熱處理工藝。提高其合金的性能。
詳細(xì)介紹：
現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞材料的耐熱性、耐磨性和熱膨脹性提出了越來(lái)越高的要求，國(guó)內(nèi)廣泛采用的共晶型鋁硅合金(如ZL108，ZL109等) 已不適應(yīng)高質(zhì)量、高速度、高壓縮比內(nèi)燃機(jī)的要求[1-3]。所以，新材料有待開發(fā)。 過(guò)共晶鋁硅合金是一種優(yōu)良的耐磨材料。它具有比重輕、熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好、耐磨性高、高強(qiáng)度、高硬度和良好的體積穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，使其在航天、汽車、電子工業(yè)材料等方面有著廣泛的應(yīng)用前景[4,5]。 鋁硅合金的耐磨性和體積穩(wěn)定性隨著其硅含量的增高而提高，但是，在過(guò)共晶鋁硅合金中，隨著含硅量的增加組織中出現(xiàn)大量的初晶硅，由于初晶硅硬而脆，特別是呈現(xiàn)粗塊狀的初晶硅，嚴(yán)重割裂合金基體，并且硅相尖端和棱角部位會(huì)引起應(yīng)力集中，從而明顯地降低這種合金的力學(xué)性能。使過(guò)共晶鋁硅合金具有價(jià)值的關(guān)鍵是細(xì)化初晶硅，方法有很多種，如超聲波振動(dòng)法、急冷法、低溫鑄造法、熔體加壓鑄造法等。這些方法雖有一定細(xì)化效果，但都不理想[6]。變質(zhì)處理方法研究得比較多，但當(dāng)硅量超過(guò)14wt%時(shí)，即使變質(zhì)處理也無(wú)法消除硅相的不利影響，所以變質(zhì)處理實(shí)質(zhì)上進(jìn)展不大。噴射沉積方法提供了一種嶄新的途徑。與鑄態(tài)相比噴射沉積技術(shù)具有冷速快(可獲得106K/s以上的冷速)、工藝簡(jiǎn)單、氧化程度低、組織細(xì)化等諸多優(yōu)點(diǎn)[7]。 鋁合金固溶處理能獲得溶質(zhì)和空位雙重過(guò)飽和的固溶體。這種過(guò)飽和固溶體在時(shí)效時(shí)將發(fā)生脫溶，形成溶質(zhì)原子的偏聚區(qū)或者沉淀相顆粒，進(jìn)而引起材料的強(qiáng)化。固溶處理的目的就是使Cu、Mg、Fe、Si等合金元素溶入到基體中，以獲得高濃度的過(guò)飽和固溶體；而人工時(shí)效和自然時(shí)效的目的是從過(guò)飽和固溶體中析出第二相以達(dá)到對(duì)合金基體的強(qiáng)化作用。影響固溶和時(shí)效析出效果最重要的因素是固溶溫度和時(shí)間，固溶溫度過(guò)低或固溶時(shí)間過(guò)短，則固溶不充分，從而導(dǎo)致時(shí)效析出強(qiáng)化不理想；固溶溫度過(guò)高及時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則易導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大，產(chǎn)生組織過(guò)熱甚至過(guò)燒，反而使合金性能惡化。時(shí)效溫度過(guò)低或時(shí)效時(shí)間過(guò)短，第二相來(lái)不及充分析出，而達(dá)不到最佳的強(qiáng)化效果；反之，時(shí)效溫度過(guò)高、時(shí)效時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)造成第二相聚集長(zhǎng)大，產(chǎn)生過(guò)時(shí)效。因此，本文利用噴射成形制備經(jīng)致密化變形后的高硅鋁合金，重點(diǎn)研究固溶溫度及時(shí)間、自然時(shí)效時(shí)間、人工時(shí)效溫度及時(shí)間對(duì)其組織和性能的影響，確定最佳的熱處理工藝。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

對(duì)實(shí)驗(yàn)前期進(jìn)度的成果的總結(jié)，為后期國(guó)家級(jí)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，利用四因素三水平法和追加試驗(yàn)確定最佳熱處理工藝，分析其組成相和耐磨性。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

利用添加Fe、Mn 等合金元素和噴射沉積技術(shù)改善鋁硅合金的組織和性能，對(duì)其進(jìn)行熱處理工藝研究，得到最佳熱處理工藝，進(jìn)一步提高鋁硅合金的組織和性能。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

對(duì)噴射沉積Al-15Si-5Fe-2Ni-3.5 Cu-1Mg -1.5Mn-1V合金進(jìn)行固溶時(shí)效處理，更大的發(fā)揮鋁硅合金的性能，擴(kuò)大其使用范圍并增加鋁硅合金零件的使用壽命。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文采用噴射沉積過(guò)共晶鋁硅合金擠壓坯，利用正交試驗(yàn)的方法對(duì)其進(jìn)行了固溶+人工時(shí)效處理，研究了固溶和人工時(shí)效的溫度及時(shí)間對(duì)擠壓態(tài)合金組織結(jié)構(gòu)的影響，測(cè)定了不同固溶+人工時(shí)效處理后的合金的硬度和耐磨性，并確定最佳固溶+人工時(shí)效工藝。結(jié)果表明，固溶溫度、固溶時(shí)間、時(shí)效時(shí)間和時(shí)效溫度對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金組織和性能的影響依次降低，并得出最佳的熱處理工藝為520℃×3h+120℃×10h，進(jìn)一步提高該合金的性能。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

[1] 王建強(qiáng)，曾梅光．快速凝固耐熱鋁合金研究動(dòng)態(tài)與前景．材料工程，1995，(12). [2] 范洪波，沈軍，崔成松等．噴射成形快速凝固技術(shù)在鋁合金中的應(yīng)用, 粉末冶金技術(shù)，1998, 16(2)． [3] 董天春．RP350耐熱鋁合金的熱處理實(shí)踐．兵器材料科學(xué)與工程，1989，(5)：． [4] 劉存玉．2618鋁合金鍛件Ｔ6熱處理制度的研究．輕合金加工技術(shù)，1993，21(10)． [5] 郗雨林．LD7鋁合金時(shí)效工藝的研究．熱加工工藝，1997，26(2)． [6] 周多三．快速凝固Al-Fe-V-Si粉末耐熱鋁合金的研究．中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào)，1991，22(1).

同類課題研究水平概述

我國(guó)鑄造鋁合金分為四大系列，有近28個(gè)牌號(hào)，而Al-Si系合金就占一半，它們是生產(chǎn)汽車鋁鑄件的主要系列。在鋁中添加Si可增加強(qiáng)度和耐磨性，同時(shí)使線膨脹系數(shù)降低。但當(dāng)含Si量超過(guò)15%時(shí)，鑄造冶金Al-Si合金中初晶硅粗大(30-100μm)，從而損害了合金的性能。使得Si元素在合金中的加入量受到限制，從而使高Si鋁合金的性能潛力無(wú)法充分發(fā)揮，也無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)Al-Si合金在使用性能方面日益增長(zhǎng)的要求。快速凝固技術(shù)因具有冷速高、組織均勻細(xì)小、擴(kuò)大合金元素的固溶極限等優(yōu)點(diǎn)可顯著提高合金的性能，在過(guò)去的幾十年中快速凝固高Si鋁合金得到了迅速發(fā)展。 用快速凝固技術(shù)研究耐磨鋁合金，始于60年代，Dixon成功地用粉末冶金方法制取了Si含量高達(dá)45wt.%的過(guò)共晶Al-Si合金，而且，初晶Si十分細(xì)小，分布均勻。七十年代，Skelly等又對(duì)含Si從25%-45%的二元或三元鋁合金進(jìn)行了研究，制取了高耐磨快速凝固高硅鋁合金。進(jìn)入八十年代，許多國(guó)家特別是日本對(duì)快速凝固高硅鋁合金進(jìn)行了廣泛的研究，并首次將其應(yīng)用于生產(chǎn)。到九十年代，對(duì)快速凝固高硅鋁合金的研究進(jìn)入鼎盛時(shí)期，除日本外，荷蘭、法國(guó)、挪威、南朝鮮及印度、美國(guó)等國(guó)家相繼展開了這一領(lǐng)域中的研究工作。近年來(lái)國(guó)內(nèi)也在這方面進(jìn)行了廣泛的研究工作，主要集中在天津大學(xué)、中南工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)及沈陽(yáng)金屬研究所等科研院校。日本的研究工作主要針對(duì)實(shí)際應(yīng)用，具體產(chǎn)品的制造，而其它國(guó)家基本上處于基礎(chǔ)研究階段。研究的內(nèi)容涉及到合金成分設(shè)計(jì)、制備工藝、組織變化及性能等各個(gè)方面。 目前，用于Al-Si耐磨合金的快速凝固工藝主要有：噴射沉積法、多級(jí)霧化法、水霧化法、拋帶法、離心霧化法以及氣體霧化法等。采用快速凝固技術(shù)生產(chǎn)Al-Si合金粉末或條帶需要固結(jié)成型，即使采用噴射成形，也因有一定的孔洞需進(jìn)一步致密化。常用的固結(jié)工藝或致密化工藝是熱擠壓，有時(shí)也采用熱等靜壓制工藝。熱擠壓工藝參數(shù)不同，獲得的合金性能也不一樣，有時(shí)相差十分顯著。然而采用粉末冶金方法制備高Si鋁合金仍存在兩個(gè)方面的主要問題，一是韌性差，二是成本高，這兩方面問題均與制粉和成型工藝有關(guān)。采用噴射沉積法，然后熱擠壓的工藝，可在一定程度上解決此類問題。因此，在此噴射沉積基礎(chǔ)上進(jìn)行熱處理工藝進(jìn)一步提高其性能更具有研究?jī)r(jià)值。
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