新型发动机缸体用耐热铝硅铜锰合金的研制

摘要

为满足高功率密度发动机对铝合金耐热性的更高要求，本文在近共晶Al-Si-Cu合金中添加高量的Mn，创造性地引入一种新型富锰相Al15Mn3Si2作为主要的高温强化相来提高合金的耐热性。通过OM、SEM-EDS、TEM-SAD、XRD等组织观察和高温拉伸试验，考察了固溶处理工艺、富锰相数量以及稀土元素对合金组织和耐热性能的影响。
　　Pandat热力学相图计算以及实验合金的组织观察结果证实铝硅铜锰合金在铸态下的组织为初生富锰相Al15Mn3Si2、Al15Mn3Si2+α-Al+Si的三相共晶组织和Al15Mn3Si2+α-Al+Si+θ(CuAl2)的四相共晶组织。θ(CuAl2)在固溶处理过程中发生部分溶解、残留的θ(CuAl2)相发生颗粒化与粗化，并在晶界处观察到尺寸在几百纳米的残留的CuAl2颗粒;无论是初生富锰相还是共晶富锰相在固溶过程中都不发生改变，体现出优异的耐热稳定性能，且通过TEM观察还发现铝硅铜锰合金在固溶过程中会沉淀析出尺寸细小的Al15Mn3Si2相和Al20Cu2Mn3相颗粒，分布于Al基体晶粒内，提高了基体抵抗高温形变的能力。显微硬度测试和高温拉伸性能测试结果确定的最优固溶处理工艺是:A3B1(510℃×5h)。
　　S1～S5(Al-12Si-4Cu-xMn，x=0，0.8，1.2，1.6，2.0)五种合金中，S3合金T6态下具有最优异的高温力学性能，200℃、250℃和300℃下高温强度分别能达到202.7MPa、191.9MPa和124.9MPa。研究表明:富锰相Al15Mn3Si2耐热性高于CuAl2相，但当Mn含量较高时，富锰相Al15Mn3Si2主要呈现发达的树枝状或细杆状，脆性对基体的危害加重，高温强度反而降低。
　　稀土元素La或Ce的加入，完全改变了CuAl2相在共晶转变中的形核生长方式，CuAl2相依附先形成的针状富RE相单独形核离异生长;但稀土元素对初生富锰相的形态和大小并没有明显的影响，合金的耐热性能未得到显著改善，这主要是因为所形成的针状富RE相严重割裂了基体。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 耐热铝合金的研究

1．3 铝硅合金中热处理工艺的研究

1．4 稀土元素在铝合金中的作用

1．5 选题背景及意义

1．6 研究内容

第二章 试验方法

2．1 技术路线

2．2 成分设计及合金制备

2．3 热处理工艺

2．4 力学性能测试

2．5 组织观察

第三章 固溶处理工艺对铝硅铜锰合金组织演变及耐热性的影响

3．1 固溶处理工艺

3．2 凝固过程中的相组织演变

3．3 固溶过程中的相组织演变

3．4 固溶处理工艺优化

3．5 固溶处理过程中的组织演变与耐热性的相关性

3．6 小结

第四章 富锰相数量与耐热性的相关性

4．1 合金成分

4．2 五种不同锰添加量合金的显微组织

4．3 五种合金的耐热性研究

4．4 小结

第五章 稀土元素对铝硅铜锰合金组织和性能的影响

5．1 添加稀土元素的铝硅铜锰合金成分

5．2 添加不同类型稀土的铝硅铜锰合金显微组织

5．3 添加稀土合金的耐热性研究

5．4 稀土加入对铝硅铜锰合金凝固结晶过程的影响

5．5 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间的学术成果