鋁合金發(fā)動機缸蓋材料和鑄造工藝的改進.pdf

1、在汽車行業(yè)不斷發(fā)展和人們對節(jié)能減排的要求日漸提高,汽車發(fā)動機的功率在提高而重量卻不斷減小。因此,質(zhì)量輕強度高的鋁硅合金材料缸蓋正不斷取代鑄鐵材料缸蓋而被廣泛應用。傳統(tǒng)鋁硅合金材料主要通過添加Cu、Mg等合金元素提高合金力學性能,但高溫力學性能不夠理想。本研究在添加Cu、Mg元素的鋁硅合金基礎加入Ni、Mn、Fe高溫強化元素,以提高合金高溫力學性能。通過設計兩種不同澆注系統(tǒng),利用鑄造模擬軟件模擬兩種澆注系統(tǒng)的澆注和凝固過程,發(fā)現(xiàn)澆注及凝固

2、過程中可能出現(xiàn)的問題及缺陷,并采用相應辦法予以改進,選擇最優(yōu)澆注系統(tǒng)。
　　研究了在鋁硅合金中添加Cu、Ni、Mn、Fe合金元素后,鋁硅合金的組織和性能。Fe元素在鋁合金中通常被當成有害相而被限制添加,但Fe相的高溫穩(wěn)定性和高溫強度較高,是鋁合金中很好的異相強化相。因此,合理控制Fe相形貌抑制其有害相的析出可大大提高鋁硅合金高溫性能。發(fā)現(xiàn)Cu、Ni、Mn、Fe合金元素添加后在合金基體中析出Al-Ni、Al-Ni-Cu、Al-Ni-

3、Fe-Mn、Al-Ni-Fe-Si等高溫強化相,合金高溫性能大大提高。在Fe含量較低時Ni元素為合金的主要高溫強化元素,這種含Ni的高溫強化相在合金組織中析出提高合金的高溫力學性能。但隨著Ni的添加量增多,含Ni相形態(tài)變成較為粗大的塊狀和板條狀,反而降低合金力學性能。在Ni、Mn作用下Fe形態(tài)得到很大改善,產(chǎn)生的含F(xiàn)e相主要為魚骨狀、花瓣狀和塊狀,一定程度上提高合金的力學性能。這些含F(xiàn)e相在基體中析出與在基體中均勻分布的含Ni相有機結合

4、,在基體中形成封閉和半封閉的網(wǎng)狀結構,對鋁硅合金的高溫力學性能的提高起到很大作用。
　　對發(fā)動機缸蓋和所設計的澆冒口系統(tǒng)采用Solidworks創(chuàng)建模型,以鑄造模擬軟件ProCAST為工具,模擬了金屬型重力鑄造生產(chǎn)風冷發(fā)動機缸蓋在不同工藝方案下金屬液的充型和凝固過程,對比分析了各方案在充型過程中的液面平穩(wěn)性、充型完整性、充型時間等情況;在金屬液的凝固過程中,整體溫度分布、固相率變化、金屬液補縮情況和縮孔縮松傾向等。針對模擬過程所出