汽车发动机用A356合金的热疲劳行为

研究了温度幅分别为25~300℃、25~350℃和25~400℃时,铸态A356合金、细化变质A356合金、微合金化A356合金和T6态微合金化A356合金的热疲劳行为;分析了热裂纹萌生和生长的机理。结果表明,在相同温度幅下,热疲劳裂纹萌生寿命从大至小的顺序为:T6态微合金化A356合金、微合金化A356合金、细化变质A356合金、铸态A356合金;在热疲劳裂纹形成后,裂纹扩展早期阶段的裂纹生长速度要高于扩展后期;铸态A356合金和细化变质A356合金的热疲劳裂纹呈弯曲状且主要以沿晶方式扩展;微合金化A356合金和T6态微合金化A356合金的热疲劳裂纹更加平直和细小,且以穿晶-沿晶的混合方式扩展;T6态微合金化A356合金具有最佳的抗热疲劳性能。     

不同工艺条件下A356合金的力学性能、微观组织和热疲劳特性研究

研究了不同工艺条件下A356微观组织、力学性能和热疲劳特性。结果表明:细化变质+微合金化+T6工艺的A356合金力学性能、热疲劳性能最优。热疲劳裂纹萌生期为沿晶生长,扩展期为沿晶+穿晶混合生长。裂纹扩展速率呈先增加后减缓的趋势,未脱落的Al_2Cu相、裂纹分叉与二次裂纹的产生均会减缓裂纹扩展速率。循环初期形成的氧化膜可抵消部分拉应力,阻碍氧化腐蚀;后期氧化膜遭到破坏,氧化腐蚀加剧,裂纹扩展加速。裂纹生长过程:位错滑移→空位→微坑→微裂纹→尖端闭合、张开→扩展。     

Si、Mg含量及合金元素对A356合金力学性能的影响

研究了Si、Mg含量及合金元素对A356合金力学性能的影响.结果表明,在A356合金中,Si元素和Mg元素在允许范围内适当增加添加量,能促使更多的Mg_2Si生成,增加了共晶Si数量,合金在铸态和T6态的力学性能都有一定程度提高;在此基础上添加合金元素,初生α-Al能得到更有效细化,共晶硅变质更充分,合金的力学性能有了极大提高.高si、Mg含量的A356合金对细化变质处理更加敏感,T6处理后力学性能达到最佳,抗拉强度和伸长率达到320 MPa和8.0%,分别比低Si、Mg含量合金提高了18.6%和35.6%.     

制备工艺对A356滑动磨损性能的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析手段,研究了在油润滑条件下经过T6热处理及Al-10Sr变质剂和Al-5Ti-1B-1RE细化剂复合变质处理的A356铝合金的滑动磨损性能。结果表明:在油润滑条件下,不同制备工艺的A356滑动磨损性能互有差异,在相同载荷和相同时间下,铸态A356铝合金的滑动磨损性能最差,其显微硬度最低,磨损量最高,T6态A356和变质态A356磨损性能均有改善,细化变质后经T6热处理的A356显微硬度最高,磨损量最低,其滑动磨损性能最优,其中,在300 N载荷和3 h磨损条件下,铸态A356呈典型的粘着磨损,而细化变质后经T6热处理的A356磨损机制为微切削的磨粒磨损。     

汽车用铝合金热疲劳性能研究

铝合金铸态、T6热处理、铸淬时效态后物相组成主要为Al、Al_2Cu、Si和AlFeMnSi,温度幅度对铝合金热疲劳裂纹萌生寿命影响较大,T6热处理后热疲劳寿命最长,铸态疲劳寿命最短。热疲劳裂纹经历形成氧化层、氧化层内形成微坑和微坑内部生成裂纹源3个阶段。     

细化变质处理对铸造A356铝合金组织性能及共晶硅生长机制的影响

研究了采用新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金和Al-10Sr中间合金对A356铝合金进行单一或复合细化变质处理后的组织、力学性能和共晶硅生长机制的影响。结果表明：单一细化变质处理中Al-5Ti-1B-1RE中间合金对A356铝合金中α-Al相有明显的细化作用,合金的强度和维氏硬度显著提高；Al-10Sr 中间合金对共晶硅有强的变质作用,合金的伸长率明显提高；而经复合细化变质处理后α-Al相形状和尺寸变得更均匀细小,晶界更清晰,共晶硅相几乎都转变成更弥散、更细小的纤维状,片层状共晶硅也几乎完全消失,共晶硅长度由铸态40-60 μm降低到1-2 μm之间,达到完全变质效果,其力学性能显著高于铸态、单一细化变质剂处理的A356铝合金。未细化变质的A356铝合金中的共晶Si的生长方式为典型的小平面台阶生长,复合细化变质处理的共晶硅以孪晶凹槽机制生长为主,小平面生长特征逐渐减弱直至消失。     

T6处理对Al-Sr中间合金变质的A356铝合金组织与性能的影响

在传统的A356铝合金中加入Al-10Sr中间合金压铸成型制备新型的铝合金轮毂材料,通过光学显微镜和扫描电镜研究了铸态及T6热处理态A356铝合金的组织及其性能,分析了合金的断裂机制。结果表明:铸态A356合金中铁基化合物主要为β相(Al5FeSi);经T6工艺处理后,共晶Si粒子的边角更加圆润,Mg2Si完全固溶于铝基体中,合金组织得到改善;铸态及热处理态A356铝合金试样的拉伸断口均有大量韧窝存在,合金呈现较好的塑性;但T6热处理态A356铝合金的断口处韧窝与铸态相比更加均匀,合金的塑性提高;合金的断裂机制为韧窝+解理断裂的复合断裂机制。     

Al-Ti-B-O复合细化剂对A356合金组织及力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、电子万能材料试验机等方法,研究了Al-Ti-B-O复合细化剂对A356铝合金组织及力学性能的影响。结果表明:Al-Ti-B-O复合细化剂细化了A356铝合金的晶粒,减小了二次枝晶间距;Al-Ti-B-O复合细化剂加强了Al-10Sr对共晶Si的变质效果,使共晶Si由粗大的针状变成细小的珊瑚状;当复合细化剂的添加量为0.5wt%时,合金抗拉强度为199 MPa,伸长率达到了5.6%,与未细化的A356合金(168 MPa,3.4%)相比,抗拉强度和伸长率分别提高了31 MPa和2.2%。     

Y和Sc对A356合金组织与性能的影响

对比研究了微量稀土元素Y、Sc对A356合金铸态显微组织和力学性能的影响。结果表明,0.3%的Y、0.3%的Sc均能明显减小合金中α-Al枝晶间距,细化α-Al晶粒,使片状共晶Si部分纤维化,但对Si变质效果均不如Sr。等量Y和Sc细化变质效果相比,Y的细化效果不如Sc,但Sc对共晶Si的变质效果不如Y;与之相对应,Y提高A356合金铸态力学性能的幅度优于等量Sc。     

稀土Er对A356合金组织与性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验机研究了Er元素对A356合金组织与性能的影响,并分析了其变质机制。结果表明,Er元素可以改善与共晶Si的形貌,得到短杆状共晶Si。当Er含量为0.3%时合金的力学性能最好。经T6热处理后,合金抗拉强度提高了31.2%,伸长率提高了233%。     

Sb变质A356合金的组织与力学性能

研究了Sb对A356合金中共晶Si相的变质作用及RE对Sb变质作用的影响,并且与Sr变质合金进行了比较,对Sb、Sb+RE以及Sr变质A356合金的拉伸及疲劳性能进行了对比.结果表明,Sb的A356合金变质使共晶Si相由粗大的板片状转化为细小的纤维状,但变质效果不如Sr;用Sb变质处理时,加入少量的RE,可明显改善Sh的变质效果,降低获得最佳变质效果的Sb含量;合金变质的力学性能不如Sr变质合金,但疲劳性能明显优于Sr变质合金.其原因可能与Sb或Sb+RE变质合金的致密性较Sr变质合金高、铸造缺陷较Sr变质合金少有关.     

凝固组织和Mg含量对A356合金快速热处理的影响

研究了凝固组织和Mg含量对A356合金快速热处理的影响。结果表明,A356合金经过Sr变质后,其凝固组织中的共晶Si形貌由纤维状变成球状,初生α相的晶粒尺寸减小。经过540℃×20 min+170℃×90 min快速热处理,合金微观组织中的Mg_2Si强化相能够充分固溶到基体中,其抗拉强度与T6态的基本相同。随着合金中Mg含量增加,固溶处理时,Mg_2Si相充分固溶进基体所需要的时间增加。当合金中Mg含量由0.3%增加到0.9%时,则需要经过540℃×40 min+170℃×90 min快速热处理,其力学性能与T6态的基本相同。     

ZAlSi7Cu4在不同工艺条件下的热疲劳裂纹生长

对不同工艺处理的铝硅合金ZAlSi7Cu4用自约束型热疲劳实验机进行20 300℃、20 350℃和20 400℃的热循环试验,研究不同处理工艺对该材料热疲劳性能的影响及不同温度幅对裂纹生长的影响。通过光学显微镜和扫描电镜观察试样的热疲劳裂纹形貌,研究合金热疲劳损伤机制。结果表明:该合金经过T6处理后比其他两种方式处理的合金具有更好的热疲劳性能;颗粒的位向会影响裂纹的扩展路径;在下限温度不变的情况下,随着上限温度的提高,ZAlSi7Cu4的3种状态合金的寿命都缩短。当下限温度为20℃时,合金在上限温度为300~350℃区间内的温度敏感性高于其在上限温度为350~400℃区间内的温度敏感性。     

Sr+B联合熔体处理对Al-Si-Mg合金组织和力学性能的影响

考察了A1—lB中间合金对0．030％Sr变质的A1—11．6％Si0．4％Mg合金组织和力学性能的影响。发现A1—B中间合金在近共晶铸造A1—Si合金中具有优异的枝晶细化能力。通过比较3种不同熔体处理条件下(末变质 未枝晶细化处理、0．030％Sr变质处理、0．030％Sr 0．028％B联合熔体处理)合金铸态和T6状态下的力学性能并对断口形貌进行分析，可以得出在近共晶铸造A1—Si合金中同时加入Sr，B进行枝晶细化和共晶Si变质联合处理是十分必要的。     

Ni-45Ti合金化和机械振动对ZA27合金组织及热疲劳性能的影响

研究了Ni-45Ti合金化和机械振动对ZA27合金显微组织、力学性能和热疲劳性能的影响,利用光镜对合金显微组织和热疲劳裂纹进行了观察。结果表明:加入适量的Ni-45Ti合金化和机械振动的合金,组织得到显著细化,力学性能与热疲劳性能得到明显提高;随着Ni-45Ti加入量的增加,抗拉强度和伸长率呈现先提高再降低的变化规律;在Ni-45Ti为0.6%时的合金具有最优的综合力学性能。研究还发现,0.6%Ni-45Ti合金化和机械振动的合金裂纹长度最短,并具有最好的热疲劳性能。     

Sb对A356合金组织和力学性能的影响及变质机理

研究了Sb含量对A356合金组织和力学性能的影响,并利用热分析、液淬试验对Sb变质机理进行了分析。结果表明,Sb变质A356合金的最佳含量为0.4%,此时共晶Si由粗大的板条状变为细小的纤维状。由于Sb的变质作用,A356合金的力学性能尤其是伸长率得以显著提高,合金的铸态伸长率最高可达11.3%,相比于未变质合金提高了79%。结果表明,Sb能够有效地降低共晶组织的形核温度,提高其形核过冷度,降低共晶组织的形核率。     

Cu对稀土A356合金组织及力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射和万能电子拉伸试验机等手段,研究了稀土微合金化A356合金添加Cu后的显微组织和力学性能。结果表明,Cu对提高A356合金的强度具有显著的效果,不但细化了合金组织中的α-Al相,且使共晶Si由棒状转变为细小圆整的颗粒状,弥散分布在α-Al相晶界上。添加2.5%的Cu后A356合金力学性能最佳,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为322 MPa,235 MPa和4.6%,相比未添加Cu的A356合金分别提高了10.35%、26.82%和降低了21.5%。     

热疲劳环境下多元Al-7.5Si-4Cu合金的裂纹萌生扩展

研究了多元Al-7.5Si-4Cu合金在不同热处理状态下的热疲劳性能。结果表明,与铸态试样和淬火+时效热处理试样相比,T6态试样的力学性能最好,微观组织均匀,热疲劳性能最优良。当热循环次数≥10 000时,T6状态与淬火+时效试样由于Si相和A12Cu相的出现降低了裂纹扩展速率,铸态试样由于A12Cu相复熔球的存在导致裂纹扩展速率急剧上升。     

超声-合金化处理对Al-20Mg_2Si合金组织和性能的影响

研究了未处理、P和La合金化处理、超声处理和超声-合金化复合处理对Al-20Mg_2Si合金凝固组织和力学性能的影响,并研究了复合处理条件下不同的超声参数对初生Mg_2Si相大小和力学性能的影响。结果表明,经过超声-合金化复合处理后,合金的凝固组织和力学性能显著改善,其效果好于单一的合金化处理或超声处理;与未处理试样相比,初生Mg_2Si相的尺寸减小68%,抗拉强度提高62.3%,伸长率提高47%。复合处理条件下,随着超声功率的增加,初生Mg_2Si相尺寸逐渐减小,力学性能逐步提高;随着处理时间延长,初生Mg_2Si相尺寸先减小再增加,但力学性能逐渐提高;随着超声处理温度的提高,初生Mg_2Si相尺寸先减小后增加,力学性能变化规律与之对应。     

触变模锻半固态A356铝合金的组织与力学性能

采用低温浇注和晶粒细化复合工艺制备半固态A356铝合金坯料,并在200T立式油压机上对半固态坯料进行触变模锻成形,研究了触变模锻件的组织与力学性能,并与液态模锻件进行了比较。结果表明:触变模锻件内部组织由球形α-Al晶粒和α+Si共晶组织组成,组织均匀致密,经T6热处理后抗拉强度和伸长率分别为317.6MPa和5.8%,比液态模锻件分别提高了13.6%和5.1%,表明触变模锻半固态A356铝合金件具有较好的热处理强化效果和较高的综合力学性能。