不同工藝條件下A356鋁合金組織和熱疲勞性能的研究.pdf

1、當(dāng)前，各國政府對(duì)汽車制造業(yè)提出了輕量化、降低汽車能耗、減少污染、提高燃料經(jīng)濟(jì)性的要求。A356鋁合金因其質(zhì)量輕、價(jià)格適中、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于制造汽車傳動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、輪轂和車身結(jié)構(gòu)件等以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。但是，近來發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部眾多鋁制零部件，如缸體、缸蓋、活塞等，在發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止過程由于受到較高的熱應(yīng)力應(yīng)變沖擊發(fā)生熱疲勞破壞，嚴(yán)重影響其使用壽命并存在較大的安全隱患。如何提高鋁合金的熱疲勞性能，拓展其在除汽車行業(yè)以外其他高溫變

2、溫領(lǐng)域的應(yīng)用，成為迫在眉睫的重要難題。為此，本文以A356鋁合金為基體材料，采用復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6熱處理制備出試驗(yàn)所需5種試樣：鑄態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+T6熱處理態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化態(tài)、復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理態(tài)。借助X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和光學(xué)顯微鏡分析(OM)、力學(xué)性能測(cè)試等手段，研究不同工藝對(duì)A356合金的力學(xué)性能、微觀組織特征相的形態(tài)及分布，分析其變化規(guī)律和作用機(jī)理。利用

3、自約束型熱疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)研究不同工藝制備的合金在不同溫度幅下的熱疲勞性能，分析熱疲勞裂紋生長行為及機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴與鑄態(tài)A356合金相比，復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6熱處理三種工藝均能提高A356合金的力學(xué)性能。其中，A356合金經(jīng)復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理復(fù)合工藝后，力學(xué)性能提高最為顯著。抗拉強(qiáng)度達(dá)345MPa，延伸率達(dá)12.3％，布氏硬度為118HB。⑵與鑄態(tài)A356合金相比，復(fù)合細(xì)化變質(zhì)、微合金化和T6

4、熱處理三種工藝均能改善 A356合金的熱疲勞性能。復(fù)合細(xì)化變質(zhì)+微合金化+T6熱處理態(tài)的A356合金的力學(xué)性能、成分均勻性及其微觀組織均勻性最好，該工藝可以制備熱疲勞性能最佳的A356合金。另外，隨熱疲勞實(shí)驗(yàn)中上限溫度的升高，合金的熱疲勞壽命會(huì)顯著減少，建議合金應(yīng)用領(lǐng)域溫度不超過400℃。⑶5種工藝制備的A356合金裂紋萌生過程相似，即微型凹坑→微觀氧化層內(nèi)產(chǎn)生微坑→微坑長大、數(shù)量變多→微裂紋→裂紋源，主要原因是基體與第二相之間的膨脹系

5、數(shù)不同，在氧化作用的協(xié)同作用下促進(jìn)裂紋源的形成。擴(kuò)展初期，裂紋生長方式以沿晶為主；擴(kuò)展后期，裂紋生長方式以沿晶與穿晶混合為主。裂紋擴(kuò)展方式可以用塑性鈍化模型來解釋。⑷5種工藝制備的A356合金的熱疲勞裂紋生長速率呈先增大后減小的趨勢(shì)，擴(kuò)展速率取決于裂紋前端應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子。在裂紋擴(kuò)展期間，沒有脫離基體的第二相顆粒如 Al2Cu相以及形成二次裂紋、裂紋分叉均能起到降低擴(kuò)展速率的作用。⑸受Si相形貌和分布影響，裂紋擴(kuò)展主要有兩種方式：“