过共晶Al-22Si合金的切削加工性能研究

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Al-Si研究现状

Al-Si研究现状

1.4 Al-Si合金的研究现状铝的比重小,塑性好,具有优良的导电性和导热性,表面有致密的氧化膜保护,抗腐蚀性好,而且回收成本低,是一种可持续发展的有色金属。

在纯铝中,加入其它金属或非金属元素,能配制成各种可供压力加工或铸造用的铝合金。

由于铝的密度小,其比强度(拉伸强度/比重)远比灰铸铁、铜合金和球墨铸铁的高,仅次于镁合金、钦合金和高合金钢[80]。

铝及其合金的上述优点决定了它在工业上越来越重要的地位和突飞猛进的发展。

铝的消费己从最初的军工、航空航天、电力、机械等传统领域扩展到交通运输、建筑等领域,其中交通、建筑及包装三个领域的消费比例约占消费总量的70%,而汽车工业的发展也为铝材消费提供了巨大的市场空间。

铝合金最早于1903年试用于内燃机活塞,其成分为Al-10%Zn-3.5%Cu,然而其耐热性不能满足要求,不久就被放弃,但对活塞材料的发展是个突破。

随后欧美研制出Al-8%Cu合金,改进了活塞的耐热性,基本上满足了当时活塞的使用要求,因而该合金曾盛行了一个时期。

1921年“Y合金”(Al-4%cu-1.5%Mg-2.0%Ni)问世,合金中加入Cu和Mg起到弥散强化作用,加Ni 生成NiA13金属间化合物,提高了合金的抗高温蠕变性能。

这样,“Y合金”以其高耐热性、较好的铸造和锻造性能而作为典型的活塞用铝合金而广泛使用。

我国研制成功RR合金(Al-2%cu-l%si-1%Fe-1.5%Mg-1%Ni),通过加入Ni、Fe等合金元素提高了耐热性81】。

1920年PacZ发现Na对Al-si二元共晶合金具有变质作用[82],能改变合金的显微组织,显著提高合金的力学性能,Al-si共晶合金开始应用于活塞生产。

1924年德国KS公司研制成功膨胀系数低于“Y合金”的A1-Si系活塞合金—KS245合金(Al-14%Si-4.5%Cu- 1.5%Ni-0.7%Mg)。

1926年KS公司研制成功过共晶Al-Si合金KS280,达到进一步降低合金热膨胀系数的目的。

一、项目名称-科学技术研究院-南京理工大学

一、项目名称-科学技术研究院-南京理工大学

一、项目名称基于熔体结构调控的纳米晶种材料研制与应用关键技术二、申报奖种技术发明奖三、提名单位山东省四、提名意见单位认真审阅了该项目推荐书及其附件材料,确认全部材料真实有效,相关栏目均符合填写要求。

按照要求,项目完成人工作单位对该项目的拟推荐情况进行公示。

该项目针对轻质合金材料在交通运输、国防军工和航空航天等制造业轻量化发展急需和技术瓶颈,以多相熔体团簇演变与微观反应机制为突破口,发明了Al-P系、Al-Ti-C-B-N系和Al-B-C-N系纳米晶种材料及纳米晶种技术,并研制了以耐热高性能铝合金为代表的超高性能轻质新材料。

以发明成果为技术依托,从无到有自主孵化一家新材料企业,并认定为高新技术企业。

发明产品在15个国家和地区获得应用。

项目共授权国家发明专利22项,出版专著1部,参与制定国家标准3项,获山东省技术发明一等奖1项。

该项目突破了铝材高温强化技术瓶颈,提升了我国铝合金新材料自主创新能力,推进了铝合金行业节能减排、绿色制造和转型升级。

该项目完成人政治立场坚定,工作踏实,积极地将科研成果转化为生产力,服务经济发展,为各高校、科研机构和企业输送了急需的高技术人才。

鉴于项目完成人及团队长期以来在所属领域的重要贡献,2016年被授予山东省首届“科技领军人才创新工作室”。

对照国家科学技术奖授奖条件,提名该项目为国家技术发明奖二等奖。

五、项目简介交通运输、国防军工和航空航天业对轻量化和节能减排提出了越来越紧迫的需求,以高性能铝合金为代表的高端轻质合金新材料成为支撑行业发展的战略基础。

但熔铸过程不可控、生产环境不友好、产品质量不稳定和服役过程不耐热等关键共性难题尚未得到根本解决,制约我国轻质合金材料产业结构由中低端向中高端迈进,也与国家新材料产业高质量发展和生态文明建设要求相距甚远。

本项目以多相熔体原子团簇调控为突破口,发明了纳米晶种材料及其应用技术;通过纳米晶种诱导和原位构筑耐热相三维构型,设计并研制出耐热高强铝合金新材料,突破了以合金成分设计调控耐热相的传统思路,满足了轻量化发展及其绿色制造的紧迫需求。

铸造铝合金铸造工艺相关热点问题的探讨

铸造铝合金铸造工艺相关热点问题的探讨

铸造铝合金铸造工艺相关热点问题的探讨作者:孙春英来源:《商品与质量·学术观察》2014年第01期摘要:如今对铸造铝合金的研究包括很多方面,比如合金元素在合金中的作用、合金成分的优化和新的合金的研究、合金的熔炼、合金液的精炼处理、合金的晶粒细化、铝硅合金的变质处理、传统铸造方法的优化和开发新的铸造方法以满足铝合金铸件的大型化、薄壁化、复杂化要求。

本文则在此基础上对铝合金铸造工艺相关热点问题进行一番探讨。

关键词:铝合金特点成形方法一、铸造铝合金的工艺特点1、 Al-Si 系铸造合金Al-Si 系铸造合金的 Si 含量一般为 5%—13%,属于亚共晶和共晶型合金。

也有Si 含量超过 15%的过共晶铝合金。

Al-Si 系具有良好的铸造性能,气密性好,流动性好,热裂倾向小。

在 Al-Si 系合金中主要的强化相有 Al2Cu、Mg2Si 和 Al2CuMg,经过变质处理和热处理后,合金的力学性能会显著提高,加上较好的铸造性能,Al-Si系合金是铸造铝合金中品种最多,应用最广的。

ZL102 合金为共晶型合金,具有好的铸造性能,流动性好,没有热裂倾向,气密性好。

但由于生成的共晶硅为粗大的针状和片状,割裂了铝基体组织,力学性能和切削加工性能差,所以合金需要变质处理,改变硅的形态,使共晶硅变细。

ZL114A 具有较好的铸造性能,具有较高的强度且具有较好的塑性,可焊性较好,在航天航空和军工领域有广泛的应用。

2、 Al-Cu 系铸造合金Al-Cu 系铸造合金中 Cu 含量在 4.5%—11%范围内,Al2Cu 是最主要的强化相,在室温和高温下有较好的强度和热稳定性而且具有较好的切削加工性能。

但是铸造性能比 Al-Si 系铸造合金差、气密性低、耐蚀性差,特别是热裂倾向较大,给铸件的生产带来较大的工艺难度。

特别是当含量处于 4%—5%时热裂倾向最大,超过这个含量是的热裂倾向降低。

通过添加中间合金细化晶粒,可以降低合金的热裂倾向。

Al-Si合金的应用

Al-Si合金的应用

Al-Si合金是铸造铝合金中品种最多,用途最广的一类合金。

在这类合金中 Si是主要合金化元素 ,Si改善合金的流动性 ,降低热裂倾向 ,减少疏松 ,Si改善合金的流动性 ,降低热裂倾向 ,减少疏松 ,分为亚共晶铝硅合金、共晶铝硅合金和过共晶铝硅合金。

随着硅量的增加 ,结晶温度区间变小 ,共晶体增加 ,流动性随之提高 ,虽然铸造性能获得改善 ,但组织中出现针状或片状的共晶 Si ,甚至出现粗大的多角形块状或板状初晶 Si ,严重地割裂了 Al基体 ;在Si相的尖端和棱角处引起应力集中 ,容易沿晶粒边界处或板状 Si本身开裂而形成裂纹 ,使合金变脆 ,力学性能特别是伸长率显著降低 ,切削加工性能也变差,硅的收缩率很小,合金的线收缩率也随之降低 ,热裂倾向相应减少 ;硅的结晶潜热大 ,直至20%Si 处,流动性仍比共晶成分的合金高 ,含16%~18%Si处有流动性峰值。

随硅量增加 ,铝硅二元合金的磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降。

一合金牌号和化学成分国内外三类Al-Si系活塞合金的牌号和化学成分见表1。

据资料报道 :发达国家普遍以钛作为细化合金元素 ,尤其是铸造铝合金中 ,几乎全部进行钛合金化处理。

在变形铝合金中 ,美国近250多种牌号有70%要求或允许含有适量的钛 (大部分要求≤0.15%Ti)。

电解法生产低钛铝合金具有成本低、工艺简便、晶粒细化、性能提高幅度大等优点 ,为提高我国铝合金的质量和性能提供了新的加钛工艺和方法。

用电解法制备的低钛铝合金所配制的几种铸造铝合金如A356、ZL108、ZL111等具有晶粒细小 ,合金的强度、韧性、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性等均有所提高。

由于电解法生产低钛铝合金基本不需要改变电解设备及工艺 ,生产成本基本不增加 ,实现了电解铝硅活塞合金加钛提供了便利 ,在我国具有广泛应用前景。

二提高合金综合性能的途径为了既保持铝硅合金的固有优点 ,又使力学性能有大幅度的提高 ,应用更广泛 ,近几十年来 ,世界各国铸造工作者研究并采用了不少行之有效的措施。

电磁离心铸造Al-20Si过共晶合金中硅相组织演变规律

电磁离心铸造Al-20Si过共晶合金中硅相组织演变规律

第38卷 第10期 稀有金属材料与工程 V ol.38, No.10 2009年 10月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING October 2009收稿日期:2009-06-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(50474048)作者简介:张志清,男,1974年生,博士生,讲师,重庆大学材料科学与工程学院,重庆 400044,电话:0086-23-65112205,E-mail:zqzhang@电磁离心铸造Al-20Si 过共晶合金中硅相组织演变规律张志清1,李丘林3,刘 伟2,刘 庆1(1. 重庆大学,重庆 400044) (2. 清华大学,北京 100084)(3. 清华大学深圳研究生院,广东 深圳 518055)摘 要:采用电磁离心铸造的方法制备了Al-20Si (质量分数,下同)过共晶合金空心管坯,研究了电磁场对合金凝固组织及硅相形貌的影响。

结果表明,随磁场强度增加铸坯外侧硅相聚集层厚度不断减小;与传统离心铸造的铝硅过共晶合金微观组织相比,施加电磁场后凝固组织中初晶硅相得到细化,外侧硅相形貌逐渐由典型的五瓣星形成为沿热流方向生长的初晶硅枝晶,内侧硅相受到电磁搅拌作用发生合并凝聚和钝化;初晶硅相尺寸及形状因子随磁场强度增加在不断减小。

电磁搅拌破坏了硅相呈放射状排列的结构,共晶硅分布杂乱,且共晶团共晶片层间距逐渐增加。

关键词:电磁离心;Al-20Si 过共晶合金;初晶硅相中图法分类号:TG146.2+1 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2009)10-1769-05离心铸造法是利用旋转产生的离心力使熔融金属液充满铸模。

离心铸造方法可以应用在很多领域,如高精度铸造、管材、高合金涡轮机叶片及外形较复杂的铸件等。

离心铸造方法较传统静态铸造,所需设备空间更小,对一些不适于进一步锻造的铸件可以直接铸造成型。

离心铸造具有设备简单、组织致密等优点。

过共晶Al—Si合金二次加热稳定性的研究

过共晶Al—Si合金二次加热稳定性的研究
到 了发 展 。当前 ,半 固态 成形 技术 的 发 展 , 已经 使流
含 S 量 为 2 %,其 余 为 A1 i 0 。A1i S2 0合 金 熔 炼 后 , 用 钟 罩 压入 C 炼 除气 并采 用 磷 硫 复 合 变 质 剂 对 合 l精
金 液进 行 变 质 处理 ,然 后 浇入 经预 热 的金 属 型 中 ,获 得 的铸 件 切 割 成  ̄1 mm ×l mm 的 试 样 待 用 。 上 述 2 O
试 样在 图 1所 示 的 加热 一 淬 装 置 上 进 行 处 理 , 其 中 冷
冷 淬 介质 为 室 温水 。A1i0合 金 试样 进行 二 次 加热 的 S2
温 度 和 时间 如表 所 示 。为剔 除 升温 过 程对 试 样 显微 组 织 的影 响, 先将 加 热炉 升到 指 定温 度 , 然后 放 入待 处 理 试 样 加热 。经 过 上述 处理 的试样 分 别在 光 学 显微 镜 和扫 描 电子 显微 镜 下 观察 其 显微 组织 , 并在 扫 描 电子
u d fer tc dii s t e r f m a i n o h e al y n erdi en on t on h e or to ft es l s was dic s e . I i l art at bo h t e h l n o s us d t s ce h , t h odig
ar u t bl e s ia e.
Key wor s: h ere t tc AISial d yp — u ec i - l r e ig; r f r oy; eh atn e o maton; m i r s r c u e i c o tu t r
过 共 晶 A —i 金 在轻 型 汽 车 和 摩 托 车 发 动 机 活 l 合 S

汽车发动机活塞材质的选取及发展趋势

汽车发动机活塞材质的选取及发展趋势

汽车发动机活塞材质的选取及发展趋势活塞被称为发动机的心脏。

它是发动机中最重要的零件之一。

其功用是承受气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。

在发动机工作时,活塞直接与瞬时温度2200摄氏度的高温气体接触,其顶部温度达300℃~400℃,且温度分布不均匀;在做功行程时活塞顶部承受着很大的气体压力,汽油机达4MPa~5MPa,柴油机高达8MP~9MPa,甚至更高;此外,活塞在气缸内往复运动线速度可达11m/s~16m/s;在这种恶劣的条件下工作。

活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。

因此活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件,对其材料具有特殊的要求:密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小;并具有足够的高温强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。

另外还应具有容易制造、成本低廉的特点。

伴随着汽车发动机的不断发展与进步,人们对活塞材料的研究与应用也取得了长足的发展。

铝合金活塞材料的发展应用概况世界上最早的汽车发动机活塞是铸铁的。

1911年,铝合金材料以其质轻、良好热传导性以及较低的热膨胀系数等特点的得到人们的关注并开始用于制造活塞。

1920年一种Al-Cu-Ni-Mg系合金正式成功地应用于汽车发动机活塞,从而证明了铸造铝合金作者简介:1、AI-Cu-Ni-Mg系合金该系合金于1920年开始就在英国得到应用。

其典型合金代号有LMl4(英)、SAE39(美)、AC5A(日)。

该类合金的优点是良好的高温强度、导热性、延伸率及耐磨性;但因其线膨胀系数和密度较大,铸造性能差且含有较多贵重金属价格较贵而被淘汰。

2、AI-Cu-Si系合金这类合金的优点是:由于含有一定量的硅,铸造性能较好,切削加工性能也有所改善;在常温和高温下均有较好的机械、物理性能。

在70年代之前,该类合金曾是前苏联等国应用最广泛的一种材料,我国的解放牌CAl0A、CAl0B、CAl0C型汽车活塞也采用此合金。

其典型合金代号有SAE300(美)、A110B(俄)、AC2A(日)。

mg-2si含量对过共晶al-si复合材料组织及性能的影响刘政

mg-2si含量对过共晶al-si复合材料组织及性能的影响刘政
tionship with the morphology and amounts of Mg2Si phase. Key Words:Hypereutectic Al-Si Alloy,Mg2Si Phase,Composites,Solidification Structure,Wear Resistance
Al-18Mg2Si-13.4Si Al-20Mg2Si-12.68Si
收 稿 日 期 :2011-03-02 基 金 项 目 :江 西 省 教 育 厅 科 技 重 点 项 目 资 助 (GJJ11021) 第 一 作 者 简 介 :刘 政 ,男 ,1958 年 出 生 ,教 授 ,江 西 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 ,江 西 赣 州 (341000),电 话 :0797-8312428,E-mail:liukk66@163.com
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特 种 铸 造 及 有 色 合 金 2011 年 第31 卷 第10 期
合金锭、工业纯铝预热到200 ℃左右,加入到坩埚,升温 使其熔化。熔化过程 中 加 入 覆 盖 剂,形 成 熔 池 后,除 去 表面熔 渣。 然 后 加 入 0.3% ~0.5% 的C2Cl6 除 气 精 炼。将温 度 控 制 在 750 ℃ 时,加 入 不 同 质 量 分 数 的 镁 块。为防止镁块的烧 损,用 铝 箔 包 住 镁 块,以 钟 罩 压 入 铝液深处,静 置 10 min,然 后 在 750 ℃ 浇 注 成 铸 锭,采 取 直 接 水 冷 的 方 式 进 行 冷 却 。 浇 注 前 ,将 金 属 型 预 热 到 350~450 ℃,目的是减缓铸型的激冷作用,避免产生浇 不 足 、冷 隔 、裂 纹 等 缺 陷 。
试验 以 工 业 纯 铝 (纯 度 99.7%)、Al-50Si中 间 合 金、金属镁为原料,在 SG2-3-10型坩埚电阻炉内熔炼不 同 Mg2Si含 量 的 Mg2Si/Al-Si复 合 材 料,试 样 组 成 见 表 1。
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作者简介 : 王志广( 1 9 8 8 一) , 男, 河北 邯郸人 , 硕 士研究 生, 研 究 方 向
为 现 代 设 计 理 论 与应 用 技 术Байду номын сангаас.
光盘 转 速 为 9 0 0 r / mi n ) 上进行抛光 , 然 后 在 AF T — DC 1 3 0光学 显微 镜下 观 察其 金 相 组 织 . 在 HB 一 3 0 0 0
文章 编 号 : 1 0 0 6 —3 2 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 4 —0 0 3 0 —0 3
过共 晶 AI 一 2 2 S i 合 金 的 切 削加工 性 能研 究
王 志广 , 顾恒恒 , 冯 冠 华
( 1 . 沈 阳理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 , 辽宁 沈阳 1 1 0 1 5 9 )
的微观组织形貌 , 并测试其布 氏硬度值 和铣 削表 面粗糙度.
通 过 正 交试 验 探 究轴 向 切 深 、 进给 量、 铣 刀 转 速 对 铣 削 力 的
1 试 验 材 料 与方 法
采用 金属 铸造 法制 备 的试 验 材料 的化 学成 分如
影响. 实验 结 果 表 明 : 细 化 变质 后 的 过 共 晶 A 1 — 2 2 S i 合 金 初 晶硅 尺 寸 减 小 , 共 晶硅 呈短 棒 状 , 合金硬度很 高, 铣 削表 面 粗
并保温 1 5 mi n , 充 分 搅 拌 并 扒 出炉 渣 , 最 后 浇 铸 到 金属模 具 中. 金 属 块 冷却 至 常 温 , 4 8 h后 在 4 8 0℃ 条件 下 固溶 2 h , 取 出试 件 , 在 2 0℃ 水 中淬 火 , 并 在 1 9 0℃条 件下 人工 时效 1 0 h .
《 成 组 技 术 与 生产 现 代 化 》2 O 1 6年第 3 3卷 第 4期

3 0・
布 氏 硬度 计 I 使 用 直 径 为 n 1 m的 钢 球 压 头 . J J I 1 载 5 0 0 k g . 保持 时n 1 J 3 0 , 卸 载后 用 J X I ) 一 2{ 『 = ) - 微 镜测 … 所 得 压 痕 的 . 对 照 佰氏 表 . 查H { 硬 度 值.
糙度较 小; 在 铣削加工 中, 铣 刀转 速 对 合 金 铣 削 力 的影 响 最
大, 其 次 是 轴 向切 深 , 最 小的 是 进 给 量 .
关键词 : 过 共 晶 Al - 2 2 S i 合金 ; 粗糙度 ; 硬 度; 铣 削 力
表 1 所 示. 首先将 适量纯 铝、 硅块 、 镍、 锰、 铜 放 入
化变质 处 理 , 1 0 mi n后 用 铝 箔 包 覆 六 氯 乙 烷 精 炼 ,
d o i : l 0 . 3 9 6 9 / i . i s s n . 1 0 0 6 —3 2 6 9 . 2 0 1 6 . 0 4 . 0 0 7
过 共 晶铝硅 合 金具 有 密 度 小 、 比强度 高 、 轻质、
积物被 业界 称为 积 屑瘤 . 积 屑瘤 在 切 削 过 程 中不 稳 定, 当它生 长到一 定 高 度 后 , 就 会 发 生脆 裂 , 被 积 屑
带走从 而 消失 , 之 后 又会 开 始 生 长 , 如 此从 小 到大 , 周而 复始地 循环 . 它 时现 时 失 , 时 大 时小 , 使 被切 削 工件 的实 际切 削厚 度 不 断改 变 , 造 成 工 件 表 面 的 高
耐 磨等 特点 , 主要 应用 于汽 车发动 机活 塞和 车架 、 飞 机 壳体 等 , 在 机械 行业 的应 用 日益 广泛 ] . 但是 , 铝
硅 合金 在车 、 铣削 加工 过程 中有严 重 的黏刀 倾 向 , 常 常在前 刀 面上形 成 非 常坚 硬 的金 属 堆积 物 . 这种 堆

要: 采 用金 属 铸 造 法制 备 过 共 晶 A 1 — 2 2 S i 合 金 试
速、 铣削 厚度 对 过 共 晶 A1 — 2 2 S i 合 金 铣 削 力 和 表 面
粗糙 度产 生 的影 响.
样块 , 在 光 学 显微 镜 上 观 察 细 化 变 质 后 过 共 晶 A 1 — 2 2 S i 合 金
S G2 — 7 . 5 - 1 2坩 埚 式 电阻 炉 中 , 加热到 8 0 0℃ , 全 部 熔化 后 充分 搅 拌 , 然 后将 变 质 剂 A1 一 P 投 放 到 坩 埚
中图 分 类 号 : T G 1 4 6 . 2 ; T H1 6 1
文献标 识码 : A
中, 充分 搅拌 , 并静 置5 mi n , 将熔 液 浇注人 金 属 模具 中, 待冷 却后从 模 具 中取 出 , 并将 获得 的试 验材 料 自
本 文拟 通 过 正 交 试 验 法 , 研究进 给量、 铣 削 转
将 过 共 晶 A1 — 2 2 S i 合 金 制 成 1 0× 2 0的 试 样
收 稿 日期 : 2 0 1 6 - 0 9 — 1 5
块, 在 P G一 2 B型 抛 光 机 ( 抛 光 盘 直径 为 2 2 0 mm , 抛
表 1 A I - 2 2 S i 合 金 的 化 学 成 分 w t
低不 平 , 降低工 件 的加工 尺寸精 度 , 增加 工件 的表 面 粗糙 度 , 甚 至会 在 工件 表 面 产 生 应力 集 中而 降 低零
件 的机械 强度 . 因此 , 研 究 强度 高 、 机械 加 工 性 能 优 良的过共 晶铝 硅合 金具有 极其 重要 的意 义l 3 .
然 时效 处理 . 当铝和硅 全部 熔化 后 , 先将不 易烧 损 的 锰、 铜放 进坩 埚 中 , 熔化后充分搅拌 , 再 将 海 绵 钛放 入 坩埚 , 直 至钛熔 化后 再次 充分搅 拌 , 之后 将镁 放 到 漏 勺里 , 压进 坩 埚底 部 熔 化 , 再次搅拌 5 mi n之 后 , 添加 0 . 2 的稀 土 和 0 . 8 的 Na 。 P O 进 行 复 合 细
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