下载文档原格式
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。
摘要高硅铝合金具有耐磨、耐热、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、焊接性能优良等诸多优点，是制造发动机气缸、活塞以及电子封装等零部件的重要材料，广泛应用于航空航天、机械、汽车、电子等领域。
但未变质处理合金组织中粗大、无规则多边形板块初晶硅和长针状共晶硅，严重割裂了基体的连续性，使合金组织分布不均匀，导致合金力学性能显著降低，加工性能恶化。
因此，改善合金组织，提高合金综合性能是高硅铝合金获得广泛应用的前提。
复合变质和热处理作为合金强化的有效手段有着广阔的研究领域和应用前景。
本文采用金相显微镜、XRD衍射仪、拉伸实验、硬度测量等检测分析方法，研究了Sr、B和RE复合变质对Al-30%Si合金的组织和力学性能的影响。
采用精密平面磨床、测力仪、扫描电镜、粗糙度测量等实验方法和手段，通过改变磨削参数工件移动速度V w和磨削深度a p，以磨削力、磨削力比、磨削比能、表面粗糙度、表面形貌为评价指标，研究了复合变质和热处理对Al-30%Si合金磨削加工性能的影响，并对合金磨削机理进行了初步探讨。
研究结果如下：（1）Sr、B和RE复合变质显著改善合金组织。
枝晶尺寸和二次枝晶间距减小，分布密集的柱状枝晶转变为等轴晶，呈均匀分布；针状和长条状共晶硅变为较为短小的针状或短杆状，甚至颗粒状，均匀弥散分布在基体中；初晶硅由尖角粗大板块状变成五星瓣状或分隔成细小的颗粒状，且棱角钝化。
当B和Sr的含量分别保持0.036%和0.044%不变，RE含量为0.8%时，合金组织最为理想。
（2）复合变质合金抗拉强度显著提高，与未变质相比提高55%，当RE含量为0.8%时，合金抗拉强度达到最高值90.1MPa。
当RE含量为0.8%时，合金伸长率与未变质相比增加66%。
当RE加入量为0.8%时，合金塑性最好。
（3）磨削力和磨削力比均随a p和V w增大而增大，磨削比能随a p和V w增大而减小，且V w对磨削力的影响比a p大；在相同磨削参数下，复合变质后的铝硅合金磨削力和磨削力比减小，磨削比能增加，当RE加入量为0.8%时，整体磨削力、磨削力比最小，磨削比能最大。
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)。
北京交通大学硕士学位论文Al-Si系铸造高强度铝合金的制备技术研究姓名：詹远光申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：韩建民20071201图１．１日本高速列车轻量化试验结果Ｆｉｇ．１．１ＷｅｉｇｈｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆＪａｐａｎｅｓｅｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｔｒａｉｎ铝合金的比强度与合金结构钢相当，某些铝合金的强度甚至高于普通结构钢，并已生产出抗拉强度超过６００ＭＰａ的超高强度高韧铝合金材料。
虽然某些铝合金在２００℃～２６０℃温度下仍然能保持良好的强度．但在高温下，多数铝合金的强度呈大幅下降趋势，然而在摄氏零度以下，随着温度降低，铝及铝合金材料的强度反而会增加，因而能够作为优良的低温金属材料。
铝合金具有很高的抗腐蚀性，且北京交通人学坝Ｉ．学位论文２试验内容及Ⅳｆ究方法图２．１４．Ｓｋｗ电阻炉及真空调压设备Ｆｔｇａ．１４．Ｓｋｗｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｆｕｒｎａｃｅａｎｄｖａｇｕｎｍａｄｊｕｓｔａｂｌｅｃａｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ２．１．４合金的熔炼工艺合金的熔炼过程按如下步骤进行：（１）烘烤吸管。
先将吸管用耐火材料压紧，然后放入吸管烘烤炉中进行预热。
以备铝料熔化后吸铸用。
（２）升温化料。
在吸管加热半个小时后，将铝料放入预先刷好涂料的坩埚内，将坩埚抽真空，在真空环境下把铝料加热至浇注温度。
（３）搅拌除气和扒渣。
在熔体温度达到浇注温度后，要定期用铌制搅拌杆进行搅拌除气，同时抽真空。
在浇注之前要扒渣数次。
除去氧化皮和杂质．２．２合金液态质量控制合金的熔体质量一般包含三方面的内容：熔体温度、熔体成分和熔体结构，它们对金属和合金的凝固组织与性能有重要的影响。
本试验采用实验室自主开发的一套搅拌系统来进行适当搅拌，使各种合金元素尽量均匀的分布于铝液中，保证熔体成分的均匀性，并促进熔体合金中的气体析出。
（１）合金熔体温度对合金凝固过程中组织形成及各类缺陷的控制有重要的影响。
铝基复合材料的研究进展（或现状）姓名：苑光昊摘要：本文介绍了铝基复合材料的设计与制备、性能、应用，重点讲述了国内外的研究现状和发展趋势。
关键词：设计与制备性能应用研究现状及发展复合材料是应现代科学发展需求而涌现出具有强大生命力的材料，在金属基复合材料中表现尤为明显。
金属基复合材料有铝基、镍基、镁基、抬基、铁基复合材料等多种，其中铝基复合材料发展最快而成为主流。
本文主要对国内外铝及复合材料的研究现状进行简要评述，主要包括材料的设计与制备、界面、性能、应用等方面。
一、铝基复合材料的设计与制备1基体材料的选择铝基复合材料的基体可以是纯铝也可以是铝合金，其中采用铝合金居多。
工业上常采用的铝合金基体有Al-Mg、Al-Si、Al-Cu、Al-Li 和Al-Fe等。
如希望减轻构件质量并提高刚度，可以采用Al-Li合金做基体【1】；用高温的零部件则采用Al-Fe合金做基体【2】；经过处理后的Al-Cu合金强度高、且有非常好的塑性、韧性和抗蚀性、易焊接、易加工，可考虑作这些要求高的基体【3】。
材料的使用要求是选用基体金属材料的首要条件，如要求材料具有良好的耐磨性、耐热性及低的膨胀系数时（活塞材料），选择基体为Al-Si合金；为进一步减轻零部件的重量，可考虑选用Al-Li合金作为基体；为了提高材料的高性能，可选用Al-Fe系合金。
2铝基复合材料增强体选择针对材料的具体应用，增强体首先具有明显提高金属基体应具备的特殊性能，如作为结构材料时，增强体应具有高强度、高弹性模量、低密度等性能。
而作为耐磨材料时，硬度、耐磨性是主要选择依据。
由于金属基体有良好的浸润性可保证增强体与基体金属良好复合和均匀分布B、Al2O3、Si、和C纤维等是最早的纤维材料，该材料的性能优异，但高昂的成本限制了它们的广泛发展及应用。
但在航空及军事等方面有研究应用潜力。
根据增强体的形态可将其分为纤维、颗料、晶须三种类型，也有采用金属丝作为铝基复合材料的增强体，但采用极少。
