活塞用铝硅合金中硅相对高温疲劳性能的影响

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1、密级无分类号TG146XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目：活塞用铝硅合金中硅相对高温疲劳性能的影响作者：曹思婷指导教师：郭永春教授申请学位学科：材料加工工程2018年5月4日活塞用铝硅合金中硅相对高温疲劳性能的影响学科：材料加工工程研究生签字：指导教师签字：摘要活塞是内燃机中承受高温高压且高速运动的关键零部件，它的疲劳性能直接关系到发动机的可靠性及耐久性。随着发动机升功率密度的不断提升，对活塞材料在高温下的疲劳性能提出了新的挑战和要求。因此，研究Al-Si活塞合金的疲劳性能

2、具有理论和现实意义。本文以西安工业大学复合材料研究所提供的Al-Si-Cu-Mg-Ni系多元活塞合金为实验材料，分别制备不同初生Si尺寸（10~20μm、20~30μm、30~40μm）的活塞合金，经热等静压工艺处理，再经T6热处理后，测定合金在不同应力下的室温、高温（350℃、425℃）旋弯疲劳性能。在此基础上，测定仅通过T6热处理的活塞合金在350℃时的旋弯疲劳S-N曲线，计算中值疲劳强度。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）等仪器研究了不同温度下的疲劳性能和断口形貌特征，系统分析合金显微组织中

3、Si相尺寸和疲劳性能之间的关系，探究该合金疲劳断裂机制，从而为该材料的工程化安全应用提供参考依据。具体研究结论如下：（1）未热等静压处理时，试样表面处的孔洞类缺陷是裂纹萌生的主要原因。孔洞可大大降低疲劳裂纹萌生门槛值，疲劳总寿命在试样表面处的孔洞影响下主要为裂纹扩展时的寿命。热等静压处理后，孔隙率得到很好的降低，消除了孔洞对裂纹萌生的作用，疲劳测试值分散性降低。（2）在室温、350℃、425℃条件下，活塞合金疲劳寿命随应力增加而减少。当应力相同时，疲劳寿命随初生Si粗化程度增加呈现下降趋势。高温下，初生Si相尺

4、寸对合金疲劳寿命的影响较室温时小。（3）当活塞合金中Si相尺寸小且形貌较圆整时，疲劳载荷作用下的裂纹易萌生于Al与Si的界面处，沿晶界扩展。裂纹在Si相尺寸较小时扩展路径曲折偏转次数多，裂纹偏转消耗能量大路径长，裂纹扩展较慢。（4）T6热处理状态下，初生Si尺寸在20~30μm的Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金，其350℃的中值疲劳强度达到50MPa。裂纹多萌生于试样表面的孔洞处，并优先沿Al基体进行扩展，在Al基体上形成疲劳条带。当遇到较大Si相或金属间化合物时，主要以穿晶方式扩展，遇到尺寸较小形态较圆整

5、的Si相或金属间化合物时，主要以绕过方式扩展。关键词：铝硅合金；硅相；高温疲劳；高周疲劳EffectofSiliconphaseonFatiguePropertiesinAl-SiPistonAlloyatHighTemperatureDiscipline:MaterialsProcessingEngineeringStudentSignature:Supervisor:AbstractPistonofinternalcombustionisamovingcomponentworkinginbothhighte

6、mperatureandpressure.Fatigueofpistonisvitaltothereliabilityanddurabilityoftheengine.Risingpowerdensityofenginedemandscontinuouslyimprovingfatiguepropertiesofthematerialsforpiston.Therefore,researchonfatiguepropertiesofAl-Sialloyisvaluable.Al-Si-Cu-Mg-Nipisto

7、nalloywhichprovidedbycompositematerialresearchinstitutionofXi`anTechnologicalUniversitywaschosentostudyitsfatigueinthispaper.MedianoffatiguestrengthwascalculateddependingonrotarybendingfatigueS-Ncurveat350℃.Andthen,pistonalloycontainingdifferentprimarySi(10~

8、20μm,20~30μm,30~40μm)wereprepared.AfterHotIsostaticPressingprocess,T6heattreatment,rotarybendingfatigueperformanceofthealloyatroomtemperatureandhightemperature(350℃,425℃)indifferentstresseswered