汽車發(fā)動機(jī)缸體鋁-鐵雙金屬復(fù)合工藝及性能研究.pdf

1、隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車輕量化也發(fā)展迅速，這使得輕質(zhì)鋁合金復(fù)合材料得到了廣泛的應(yīng)用。鋁/鐵雙金屬復(fù)合材料既具備鋁合金質(zhì)輕、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，也具有鑄鐵或鋼耐磨性好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，使其能夠滿足汽車零件不同部位的不同性能要求，因此它在汽車領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。為了滿足鋁合金汽車發(fā)動機(jī)缸體汽缸部分耐磨性、導(dǎo)熱性和強(qiáng)度等要求，我們研發(fā)鋁/鐵雙金屬復(fù)合鑄造工藝技術(shù)制備鋁/鐵雙金屬復(fù)合缸體。同時(shí)，在控制生產(chǎn)成本的情況下，實(shí)現(xiàn)鋁/鐵異種材料間的

2、冶金結(jié)合并保證結(jié)合質(zhì)量是研究的重點(diǎn)。
　　為了研究不同復(fù)合鑄造工藝對鋁/鐵雙金屬復(fù)合材料結(jié)合界面的影響，我們分析比較了直接澆鑄、直接熱浸鍍鋁處理后澆鑄和助鍍并熱浸鍍鋁處理后澆鑄所得鋁/鐵雙金屬復(fù)合材料試樣的界面結(jié)合情況。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):直接澆鑄所得試樣的結(jié)合界面存在明顯縫隙，僅實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)合;而經(jīng)過熱浸鍍鋁預(yù)處理后澆鑄所得試樣的結(jié)合界面形成了連續(xù)的中間相層（主要包括Al5Fe2相和Al8Fe2Si相），實(shí)現(xiàn)了鋁/鐵冶金結(jié)合;同時(shí)，助鍍

3、處理可以有效地提高冶金結(jié)合質(zhì)量。此外，我們進(jìn)一步測試不同處理工藝所得試樣的導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合可以明顯改善鋁/鐵復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，當(dāng)冶金結(jié)合層厚度為10μm時(shí)最佳，其導(dǎo)熱系數(shù)是機(jī)械結(jié)合的10倍。
　　為了探索Mn元素對鋁/鐵界面組織的影響，本文研究了熱浸含1-5wt％Mn鋁合金熔體預(yù)處理后澆鑄所得鋁/鐵雙金屬復(fù)合材料試樣的界面組織，經(jīng)過分析界面形貌和成分發(fā)現(xiàn)，Mn元素明顯促進(jìn)了連續(xù)中間相層和鋁基過渡層中多面狀A(yù)l15(Fe

4、xMn1-x)3Si2相的生長，同時(shí)對鋁基過渡層中針片狀相(Al5FeSi相)的形成有抑制作用。在720℃熔體中熱浸2分鐘的情況下，當(dāng)Mn含量為1.5wt％時(shí)，對該復(fù)合材料冶金結(jié)合過渡層組織形貌的整體改善效果最佳。
　　為改進(jìn)鋁/鐵雙金屬復(fù)合鑄造工藝，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，本文嘗試將純鋅或鋅合金作為熱浸熔體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們都可以促進(jìn)鋁/鐵冶金反應(yīng)，并有效地控制了連續(xù)中間相層的厚度，但隨著熱浸時(shí)間的增加，鋁基體側(cè)過渡層厚度增加明顯。通過高