合金化及变质处理对Al-20Si合金机械性能的影响

摘要

过共晶铝硅合金与普通钢铁材料相比具有密度小、比强度高、热膨胀系数低、耐磨损等优点，被广泛用于航空航天、汽车、高速列车、建筑、电子产品等领域。但是随着硅含量的增加，过共晶铝硅合金中存在的形貌粗大初晶硅，长针状共晶硅，严重的割裂了基体，降低了过共晶铝硅合金的机械性能。因此，开展增强过共晶铝硅合金机械性能研究极具意义。
　　论文研究的主要内容和结论如下：
　　本课题主要研究在过共晶 Al-20Si合金中添加金属元素 Mg、Ti、Mn、Cu、Ni、Bi，细化变质剂Al-P、稀土元素Ce和La后的过共晶多元Al-20Si合金，通过改变Ni、Bi两种金属元素在合金中的含量，并将合金经过T6热处理，研究合金中组织形貌的变化对合金机械性能的影响。
　　利用AFT-DC130光学显微镜，观察过共晶多元Al-20Si合金的金相组织。实验结果证明Bi元素对经过变质处理后合金中的初晶硅影响不大，但能够使合金中的共晶硅发生球化现象。Ni元素不仅可以使共晶硅细化，还能够与多元合金中的其他金属元素结合形成网状、长条状等不规则形状，经过XRD分析可知为Al3Ni、Al7Cu4Ni等富Ni相金属化合物。
　　利用 HVS-5维氏显微硬度计，测试过共晶多元 Al-20Si合金的硬度。结果表明随着 Bi含量的增加，合金的硬度呈逐渐减小的趋势；而随着 Ni含量的增加，合金的硬度呈现逐渐增加的趋势。
　　利用YDX-Ⅲ9702压电式测力仪测量轴向切深ap分别为0.4～0.8mm，进给量f为100～300mm/min，主轴转速n为470～650r/min条件下合金的切削力。结果证明合金的切削力随着Ni含量的增加呈现先增加后减小得趋势，合金的表面粗糙度则随着Ni含量的增加而降低。通过对Ni含量为0.8％和1.2%的两组实验合金的切削力进行计算，得出合金切削力通用公式中的系数。Ni含量为0.8%和1.2%的两组实验合金切削力通用公式如下：
　　Ni含量为0.8%： F=9.8... B. Z（单位/N） Ni含量为1.2%：F=9.8... B. Z（单位/N）
　　利用MMW—1A组态控制万能摩擦磨损试验机，在试验力45N，转速300 r/min，持续时间为10 min条件下进行干摩擦磨损实验，然后用BS124S型天平称量合金失重。结果表明，由于Bi元素具有自润滑作用，随着Bi的质量百分数从0.0%增加到1.5%后，合金的摩擦系数从0.74下降到0.58，磨损量从2.8mg减小到2.3mg。随着Ni的百分含量从0.4%增加到1.2%后，合金的硬度增加，合金的摩擦系数从0.74下降到0.52，磨损量从2.8mg减小到2.1mg，磨损机制由黏着磨损转变为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损，合金的耐磨性能提高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1铝合金的应用

1.2铝硅合金的发展现状

1.3强化过共晶铝硅合金综合性能的研究与应用

1.4 过共晶铝硅合金切削加工的研究与进展

1.5过共晶Al-Si合金的摩擦磨损性能研究现状

1.6课题来源及主要研究内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1课题研究的技术路线

2.2实验合金材料的化学成分

2.3 实验合金冶炼前的准备

2.4试验合金材料的冶炼及处理

2.5金相试样的制备

2.6 确定化合物成分

2.7实验合金硬度的测试

2.8 实验合金的拉伸强度测试

2.9 实验材料的摩擦磨损性能测试

2.10合金的切削力测试

第3章 合金化、变质及热处理对合金组织的影响

3.1引言

3.2 实验结果及分析

3.3过共晶多元Al-20Si合金的硬度

3.4过共晶多元Al-20Si合金的强度

3.5 本章小结

第4章 Ni对过共晶多元Al-20Si合金切削力的影响

4.1引言

4.2 Ni对Al-20Si合金切削力的影响

4.3 Ni对Al-20Si合金粗糙度的影响

4.4 切削力表达式的求解

4.5 结论

第5章 过共晶多元Al-20Si合金的摩擦磨损性能

5.1 引言

5.2过共晶多元Al-20Si合金摩擦系数分析

5.3磨损机理分析

5.4 Ni、Bi对多元Al-20Si合金磨损率的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢