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1、密級無分類號TG21XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY碩士學位論文題目:超聲場對Al-Si活塞合金凝固過程的影響作者：董雄博指導(dǎo)教師：李建平教授郭永春教授申請學位學科：材料學2018年5月8日超聲場對Al-Si活塞合金凝固過程的影響學科：材料學研究生簽字：指導(dǎo)教師簽字：摘要隨著時代的發(fā)展，內(nèi)燃發(fā)動機逐漸向高功率、高熱效、低排放的方向發(fā)展，活塞的工作負荷越來越高，對活塞材料的要求也越來越苛刻，傳統(tǒng)工藝制備的鋁合金活塞材料已經(jīng)很難滿足這些要求。超聲場作為一種有效外場處理技術(shù)，對
2、金屬顯微組織細化和性能提高有著顯著效果。本文以經(jīng)過P鹽變質(zhì)的Al-11.5Si-4Cu-2.6Ni-1Mg-0.45Fe近共晶多元Al-Si活塞合金為研究對象，其主要非平衡顯微組織包括α-Al、初生硅、共晶硅以及金屬間化合物相，重點研究超聲場對近共晶多元Al-Si合金凝固特性、顯微組織及合金析出相析出機制的影響。通過金相顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）等分析手段，分析了超聲場對活塞鋁合金凝固過程的作用機制，確定了最佳超聲工藝。主要研究結(jié)果如下：(1)熔體超聲處理可
3、以提高初生硅的析出溫度，縮短共晶時間，同時隨著超聲功率的增加、超聲施加溫度的提高、超聲施加時間的延長初生硅、共晶硅以及合金耐熱相逐漸細化，α-Al相由樹枝晶逐漸轉(zhuǎn)化為等軸狀，當熔體溫度為720℃、施加3000W功率超聲120s時，初生硅析出溫度最高為588.4℃，共晶時間最短為14.5s，相對于未施加超聲場時初生硅析出溫度提高3.5%，共晶時間縮短64%，此時，組織細化效果最佳，初生硅等積圓直徑從21.6μm減小到15.4μm；共晶硅長度由19.6μm減小到8.45μm，寬度由0.92μm增加到
4、1.91μm，合金耐熱相彼此連接形成很多封閉或半封閉共晶團分布在合金基體中。(2)在凝固過程不同階段施加不同功率(0～3000W)超聲場對活塞合金凝固特性及顯微組織影響顯著。全凝固過程中超聲場處理時，隨著超聲功率增加，初生硅析出溫度及共晶溫度降低，共晶時間縮短，在超聲功率為3000W時，初生硅析出溫度最低為560℃，共晶時間最短為9.7s，相對于未施加超聲場初生硅析出溫度降低2.5%，共晶時間縮短73%，此外初生硅等積圓直徑由25.85μm減小到16.7μm；共晶超聲場處理時對共晶時間有顯著影響
5、，隨著超聲功率增加，共晶時間縮短，超聲功率為3000W時，共晶時間最短為13.5s，相對于未施加超聲場縮短63%，同時初生硅等積圓直徑由25.85μm減小到18.6μm。(3)通過液淬快冷技術(shù)模擬合金的凝固過程，發(fā)現(xiàn)不施加超聲場時，初生硅在600℃～590℃生成并長大；共晶硅和α-Al在565℃～541℃析出長大；在552℃析出T-Al9FeNi相，546℃時析出針狀富稀土相，541℃析出δ-Al3CuNi相；536℃析出θ-Al2Cu相和Q-Al5Cu2Mg8Si6相。施加超聲場可以提高初生硅
6、、共晶硅及T-Al9FeNi相析出溫度，減小初生硅尺寸，使長針狀的共晶硅變?yōu)槎贪魻?，促使T-Al9FeNi相由塊狀轉(zhuǎn)化為網(wǎng)狀；此時針狀富稀土相在600℃時開始析出，隨著合金液溫度的降低，針狀富稀土相通過包晶反應(yīng)轉(zhuǎn)化為δ-Al3CuNi相開始消失；此外超聲場作用下δ-Al3CuNi相、θ-Al2Cu相與Q-Al5Cu2Mg8Si6相在520℃析出。關(guān)鍵詞：鋁硅合金；超聲場；凝固；顯微組織；組織演變EffectofUltrasonicFieldonSolidificationProcessofAl-
7、SiPistonAlloyDiscipline:MaterialsScienceStudentSignature:Supervisor:AbstractWiththedevelopmentofthetimes,theinternalcombustionenginegraduallytohigh-power,highheatefficiency,lowemissiondirection,thepiston'sworkloadismoreandmorehigh,therequirementsofth
8、epistonmaterialareincreasinglyharsh,thetraditionalprocessofaluminumalloypistonmaterialhasbeendifficulttomeettheserequirements.Asaneffectivefieldtreatmenttechnique,ultrasonicfieldshavearemarkableeffectontherefinementofmetalmicrostructureandtheimprovem
