Al-Si活塞合金及其復(fù)合材料疲勞特性研究.pdf

1、本文系統(tǒng)測試了近共晶Al-Si活塞合金及Al2O3f/Al-Si復(fù)合材料在室溫、200℃和350℃下的低周疲勞性能和疲勞裂紋擴(kuò)展速率，通過觀察疲勞斷口形貌，獲得了材料的疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展規(guī)律，詳細(xì)闡述了上述兩種活塞材料的疲勞斷裂機(jī)理。
　　 觀察研究了Al-Si活塞合金及其復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)高度合金化的近共晶Al-Si活塞合金其微觀構(gòu)成非常復(fù)雜，包括:α-Al，初晶硅，共晶硅，多種金屬間化合物（有ε-Al3Ni、γ-A

2、l7Cu4Ni、T-Al9FeNi、α-AlFeMnSi和Q-Al5Cu2Mg8Si6五種）和彌散的沉淀析出相（有θ'-Al2Cu和Q'-Al5Cu2Mg8Si6兩種）。Al2O3f/Al-Si復(fù)合材料在基體合金復(fù)雜構(gòu)成的基礎(chǔ)上又摻入了氧化鋁纖維，纖維分布均勻，界面結(jié)合良好。
　　 測試分析了Al-Si活塞合金及其復(fù)合材料的低周疲勞性能。結(jié)果顯示近共晶Al-Si活塞合金在室溫下表現(xiàn)出獨特的兩次循環(huán)硬化現(xiàn)象:第一次硬化發(fā)生在起始加

3、載的1～20周，通過透射電鏡觀察位錯演變，該階段位錯較快較多的生成并與合金中彌散的沉淀析出相作用，導(dǎo)致了循環(huán)硬化的發(fā)生;第二次硬化出現(xiàn)在200周以后并一直持續(xù)到試樣發(fā)生疲勞斷裂，此階段的循環(huán)硬化現(xiàn)象是位錯與位錯及位錯與金屬間化合物之間相互作用引起的。另外，Al-Si活塞合金在200℃和350℃下呈現(xiàn)較為常見的循環(huán)軟化現(xiàn)象，而Al2O3f/Al-Si復(fù)合材料在三個溫度下均表現(xiàn)為輕微的循環(huán)軟化。
　　 測試分析了Al-Si活塞合金及

4、其復(fù)合材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。發(fā)現(xiàn)隨溫度的升高，Al-Si活塞合金及Al2O3f/Al-Si復(fù)合材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率均逐漸增大;相同條件下，復(fù)合材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率(da/dN)較基體合金要小一些，說明纖維能對疲勞裂紋擴(kuò)展起到明顯的阻礙作用。
　　 歸納總結(jié)了Al-Si活塞合金及其復(fù)合材料的疲勞裂紋萌生規(guī)律。Al-Si活塞合金的疲勞裂紋主要萌生于位于試樣表面或表面附近區(qū)域的初晶硅顆粒或共晶硅團(tuán);Al2O3f/Al-Si復(fù)合材

5、料的疲勞裂紋主要萌生于試樣表面粗大纖維處或纖維聚集的地方。
　　 研究探討了Al-Si活塞合金及其復(fù)合材料的疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理。Al-Si活塞合金在室溫及200℃下疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)域初晶硅和金屬間化合物發(fā)生了界面脫離，而疲勞裂紋會直接穿過共晶硅組織進(jìn)行擴(kuò)展，材料表現(xiàn)為明顯的脆性斷裂現(xiàn)象;在350℃下，合金則呈現(xiàn)為典型的韌窩斷裂特征。Al2Of/Al-Si復(fù)合材料的疲勞裂紋在室溫及200℃下的擴(kuò)展主要沿著纖維與基體的結(jié)合界面進(jìn)行，當(dāng)溫