颗粒增强铝基复合材料CG150摩托车发动机气缸套组织性能研究

摘要

初晶Si，Mg2Si颗粒增强铝基功能梯度复合材料，具有质量轻、高硬度、高耐磨、高耐热性及较低的热膨胀性等优越特点，是一种理想的轻质耐磨材料，在汽车、电子封装、航空航天等领域有着广阔的应用前景。通过离心铸造法制备该复合材料可以获得内层富含高硬度、高耐磨性颗粒的增强层，外层没有或者存在少量增强颗粒，具有良好机械加工性能的基体层，从内层到外层，具有组织与性能梯度分布特征的筒状零件。该筒状零件适用于制造对轻量化、导热性能、耐磨性能等要求较高的发动机气缸套，而且工艺较喷射成形、粉末冶金、镀层等铝合金气缸套制备方法简单、易掌握，成本低廉，一定程度上解决了传统铸铁或铸刚气缸套存在的问题，提高了发动机工作效率。
　　本课题以围绕重庆某公司CG150摩托车发动机过共晶铝合金气缸套的开发为主线。研究了在离心铸造中，重量对颗粒增强铝基复合材料气缸套偏聚层、颗粒运动及分布关系等的影响；探索了该种复合材料气缸套的最佳热处理工艺；对离心铸造初晶Si，Mg2Si颗粒增强过共晶Al-Si合金气缸套与铸铁气缸套材料的组织性能进行了比较研究（硬度、耐磨性），制定了铝基复合材料气缸套与缸体镶铸、加工工艺，并进行了台架试验及路试。
　　实验对增强层颗粒分布规律的定量研究发现：随着铝合金气缸套重量的增加颗粒体积分数最大值分别出现在距铸件内壁的3-6mm处，当铸件重量达到或者超过1.30kg时出现反向变化；初晶Si粒径在距内壁2mm处最大，随后从内向外逐渐减小，Mg2Si粒径从内壁向外壁逐渐增加。实验研究认为最佳热处理工艺为：510℃±5℃（保温6小时），70水淬火，170℃±5℃（保温6-8小时），随炉冷却。通过与铸铁气缸套的性能组织对比，增强层硬度低于铸铁的硬度值，但是在干滑动摩擦工况下增强层的耐磨性能优越于铸铁，高载荷湿滑动摩擦工况略优于铸铁，并且经过腐蚀预处理后增强层的耐磨性更加优越。台架试验及路试结果表明：铝合金气缸套发动机工作性能在一定程度上优于铸铁气缸套发动机。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 气缸套材料及制造方法发展现状

1.3 颗粒增强铝基复合材料概论

1.4 过共晶铝硅合金颗粒增强复合材料发展现状

1.5 本课题研究的目的和内容

2 试验方法

2.1 试验技术路线

2.2 试验材料

2.3 试验设备

2.4 材料制备及缸套的成形工艺

2.5 试样制备及其性能测试

3 气缸套材料组织分析及性能研究

3.1 不同重量气缸套增强层颗粒定量分析

3.2 热处理工艺制度研究

3.3 Al-14Si-7Mg合金与铸铁材料性能比较研究

3.4 腐蚀后增强层颗粒耐磨性能研究

4 铝合金气缸套在工程中的应用

4.1 镶铸工艺

4.2 台架试验

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附 录