原位自生颗粒增强BH135活塞材料的组织与高温力学性能研究

高强耐热Al-Si活塞合金的研究的开题报告一、研究背景与意义汽车行业对于发动机部件的要求一直都是高强度、高性能和高耐受性能。

而发动机中，活塞是发动机气缸最大的部件，承受着活塞环转动、气缸高温高压等复杂的工况环境，因此活塞材料的性能是影响整个发动机性能的重要因素。

研究高强耐热Al-Si活塞合金，对于提高发动机的性能和寿命，具有重要的意义和应用前景。

二、研究目标和思路本研究旨在从以下三个方面入手，对高强耐热Al-Si活塞合金进行研究。

1. 材料制备：采用热压铸造工艺，制备需要的高强耐热Al-Si合金材料，通过热处理等方法提高材料的性能。

2. 材料性能研究：对合金材料进行显微结构、力学性能、热膨胀、耐热性等方面的测试和分析，探究其材料性能的影响因素，及满足发动机活塞的使用条件的标准。

3. 应用前景分析：结合汽车行业对于发动机活塞的需求和科学技术的发展，预测高强耐热Al-Si活塞合金在汽车行业的应用前景。

三、研究方法和步骤1. 合金材料的制备：选用Al-Si合金为主要原料，采用热压铸造工艺制备合金材料，通过热处理技术改善合金材料的性能。

2. 材料性能的测试和分析：应用显微结构分析、力学性能测试、热膨胀性能测试、耐热性测试等方法对合金材料的性能进行测试和分析，找出其具体的优点和不足，为后续材料改进提供数据支撑。

3. 应用前景的分析：结合汽车行业对于发动机活塞的需求和科学技术的发展，预测高强耐热Al-Si活塞合金在汽车行业的应用前景。

四、预期成果和意义本研究将提出一种新的高强耐热Al-Si活塞合金，具有以下优点：高强度、高稳定性、高耐热性、低热膨胀系数、优良的耐磨性能等。

本研究的成果，将有助于提高发动机的性能和寿命，为汽车行业提供可靠的活塞材料，具有重要的意义和广阔的应用前景，可以促进我国汽车行业的发展。

【关键字】设计BH135柴油机活塞的设计与分析技术中文摘要科技进步推动了内燃机行业的持续发展，发动机的强化指标逐渐提高，活塞及其组件所受的机械负荷与热符合也越来越高，它们的设计是否合理，将直接关系到内燃机的可靠性、寿命、排放、经济性等。

因此在已有条件下，通过真实有效地计算分析，得出有益的解决方案成为目前内燃机行业的首选课题。

内燃机严酷的内部温度环境和负荷条件使得传统的设计实验很难取得令人满意的效果，为确保设计目标的实现、为了适应不断增长的高压环境和提高产品的强度和耐久性要求以及设计中的寿命要求，需要采用先进的设计和分析手段，科学的分析活塞的结构对活塞寿命以及工作的可靠性的影响，设计品质优良的活塞，从而使内燃机更好地工作。

本文把计算机辅助工程建模仿真技术应用到活塞结构设计及校核的实例领域，通过三维建模和有限元分析方法，为活塞建立了合适的数字模型，从而预估产品的强度负荷及寿命水平等，提高其设计效率和科学性。

本文还描述了柴油机活塞的设计方法和过程，并通过对BH135柴油机活塞的三维建模和有限元分析的实例应用体现出计算机辅助工程技术在产品设计初期的优越性：即一方面建立一种基本的计算机分析模型，对其进行仿真模拟，从而指导产品设计；另一方面以此为虚拟分析平台并提供一些规范化或经验性的建模参考，同时也为提高企业在技术上的自主开发及创新能力而奠定基础。

关键词：内燃机；活塞设计；有限元分析；AbstractThe development of science technology forced the industry of internal-combustion engine to develop, the strength target of engine was gradually heightened, the mechanical and thermal load of pistonand subassembly of piston was higher and higher. Whether their design were in reason, related to the reliability、natural life、let 、economy and so on. Therefore, with own conditions, through true and effective calculation and analysis, getting useful project becomes the most important task of the industry of internal-combustion engine.In severe environment of the internal thermal and mechanical load, the experiment is difficult to get approving effect. For the sake of realization of design target, adapting increasing high pressure, improving strength、wear and natural life of product, needing to adopt advanced design and analysis measure, analyzing construct of piston is good for piston reliability and natural life. Designing piston with excellent quality improves engine to work better. The simulation method of CAE will be applied to the design and check field of piston structures in this article. Through the numeric analysis and FEM, the strength and fatigue life level etc, are estimated for the subassembly. The article describes the design method and process of diesel engine piston. The theory research and engineering application, show the superiority of CAE to product design: one is instructing the design through the computer analysis model; the other is to provide a modeling reference to virtual platform, and to promote the self-exploitation ability for the enterprise.Key words: Internal-combustion engine; Piston design; Finite element analysis;目录中文摘要英文摘要1．绪论2．设计要求3. 活塞的基本设计3 .1 活塞的选型3. 2 活塞的主要尺寸3.21 活塞的高度H3.22 压缩高度H13.23 顶岸高度h3.24 活塞环的数目及排列3.25 环槽尺寸3.26 环岸高度3.27 活塞顶厚度3.28 裙部长度H23.29 裙部厚度3.10 活塞销直径d和销座间隔B3.3 活塞头部设计3.4 活塞的裙部设计3.5 活塞销座的设计3.6 活塞与缸套的配合间隙3.7 活塞大体尺寸一．绪论汽车是现代化社会重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志。

激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性马世榜;夏振伟;徐杨;施焕儒;王旭;郑越【摘要】采用预置粉末法在45钢表面进行激光熔覆镍基Ni60A+x%(SiC+Ti)(质量分数,下同)复合粉末涂层的实验研究.使用往复式磨损试验机对不同涂层材料的熔覆层进行干摩擦磨损实验,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察和分析熔覆层的显微组织与磨损形貌.结果表明:复合粉末通过原位反应生成弥散分布的TiC颗粒增强复合涂层,随着(SiC+Ti)含量的增加,颗粒状TiC的尺寸和数目逐渐增加;复合粉(SiC+Ti)含量达到60%时,微观组织有气孔和夹杂缺陷;复合粉(SiC+Ti)含量为48%时,熔覆层耐磨性最佳;复合涂层的磨损主要为磨粒磨损,机理为微观切削和挤压剥落.%Laser cladding of Ni-based Ni60A+x% (SiC+Ti)(mass fraction,the same below) composite powder coating on 45 steel substrate was studied by using the method of preplaced powder.The dry friction and wear experiments of different material coatings were carried out by reciprocating friction wear tester.The microstructure and worn morphology of cladding layers were observed and analyzed by using metallographic microscope, scanning electron microscope(SEM) respectively.The results show that the prepared composite coating with dispersively distributed TiC enhanced particles are obtained in-situ, the size and number of the granular TiC gradually increase with the increase of the composite powder SiC+Ti.When the composite powder SiC+Ti reaches 60%, pores and inclusions defects exist in microstructure.When the composite powder SiC+Ti reaches 48%, wear resistance of cladding coating is the best.Thewear behavior of the composite coating is abrasive wear, and the mechanism is micro cutting and extrusion spalling.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】7页(P24-30)【关键词】激光熔覆;原位自生;TiC;耐磨性;强化机理【作者】马世榜;夏振伟;徐杨;施焕儒;王旭;郑越【作者单位】中国农业大学工学院,北京 100083;南阳师范学院机电工程学院,河南南阳 473061;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京100083;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG115.5+8激光熔覆原位自生技术是指采用激光加工工艺，利用不同元素或化合物之间熔融状态下发生化学反应，在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的方法[1-3]。

原位 TiB2颗粒增强 ZL205 铝基复合材料组织控制摘要：通过混合盐反应内生的方法在ZL205铝合金基体中引入TiB2颗粒增强相，研究了TiB2颗粒增强ZL205复合材料铸态和热处理态的显微组织。

研究表明：TiB2颗粒增强ZL205复合材料基本相组成为α-Al相、CuAl2相及TiB2颗粒。

TiB2颗粒内生，改善了二者间的润湿性，促进分散，同时将颗粒增强体尺寸控制在1μm以下。

复合材料坯体挤压，利用晶粒之间的滑动促进颗粒分散，挤压后再进行热处理，促进了颗粒的进一步分散，TiB2颗粒团聚得到改善。

关键词：铝基复合材料；原位生成；微观组织引言金属基复合材料由于膨胀系数低、比刚比强度高等特点，在车辆载具、飞行器和3C电子等行业具有广阔应用前景，其中，颗粒增强铝基复合材料由于具有较低的原材料价格、良好的微观结构、稳定的各向同性性能、简单的制备加工过程等优点，是铝基复材的重要研究热点之一[1-2]。

TiB2颗粒作为增强体在铝基复合材料中备受关注，其具有熔点高、弹性模量高、强度硬度高，以及良好的导热、导电、腐蚀抗性等特点，目前被认为是理想的增强体，再者，TiB2颗粒原位生成具有粒径小、呈等轴状、表面洁净、界面稳定、润湿性好等特性，可提升铝基体的力学性能，已得到广泛的研究报道[3-4]。

Kumar S等人[5]发现，原位合成TiB2/Al7Si复合材料的弹性模量相比母材合金有明显提高。

Han等人[6]通过原位反应法制备TiB2/Al-Si合金复合材料，显著改善了增强相在基体中分布情况。

Wang等人[8]通过改良熔盐法，制备出TiB2/Al复合材料并研究了Ti、B元素收得率。

王浩伟等人[3]通过研究复合材料性能与增强颗粒尺寸、分布均匀性、体积分数等因素的关系，获得复材屈服强度与增强颗粒体积分数关联模型。

目前原位TiB2增强铝基复合材料的研究工作主要聚焦在材料的制备方法及室温力学性能上，基体材料则多为Al-Si系铝合金，较少报道ZL205为代表的Al-Cu系高性能铝合金材料的显微组织和高温力学性能的研究。

金属基复合材料原位自生法班级：材料092姓名: 朱光辉学号：109012042课程：复合材料金属基复合材料原位自生法摘要:在现有的金属基复合材料制备技术中,原位反应合成技术具有显著的技术优势和经济优势,它已成为当今复合材料领域中最活跃的研究方向。

原位反应合成技术主要有:放热弥散法、气液反应合成法、自蔓延燃烧反应法、直接氧化法、无压力浸润法、反应喷射沉积法、接触反应法、机械合金化法等。

文中综合评述了各种原位反应合成工艺方法的原理、特点和应用前景。

利用原位反应合成法制备金属基复合材料,在同等条件下,其力学性能一般都高于强制法制备的复合材料。

并且原位反应合成技术的原料来源广泛、价格较低,工艺又相对简单、制作成本低,适合并能够大规模工业化生产,是一种很有前途的合成技术。

金属基复合材料所具有的高比强度、比模量、良好的导热、导电性、耐磨性、高温性能、低的热膨胀系数、高的尺寸稳定性等优异的综合性能,使金属基复合材料在航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统中均具有广泛的应用前景。

由于金属基复合材料制作工艺复杂、成本昂贵,在一段时间内其发展规模一直落后于树脂基复合材料。

自20 世纪80 年代初,日本丰田汽车首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料试用于制造发动机活塞以来,金属基复合材料的研制和开发获得了飞速发展,20世纪80 年代末期出现了一系列新的复合材料制备技术,其中原位反应合成技术因其工艺简单,材料性能优异、产品成本低、可近终形成型等而成为当今复合材料研究领域的前沿课题之一。

该技术的原理是根据材料设计的要求,选择适当的反应剂(气相、液相或粉末固相) ,在适当的温度下,借助于基体金属或合金和它们之间的化学反应,原位生成尺寸十分细小,分布均匀的增强相。

合成的增强相包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、甚至硅化物,如:Al2O3、TiC、SiC、TiN、TiB2、Si3N4 等颗粒。

这些原位生成的增强相粒子与基体间的界面无杂质污染,两者之间有理想的原位匹配,界面结合非常好,增强相粒子热力学稳定。

河北工业大学科技成果——自生陶瓷微粒、Al合金复合材料系列活塞材料项目简介本项目是用原位自生反应在特有搅拌条件下首次制成可应用于轿车及摩托车发动机活塞的自生陶瓷微粒/Al合金复合材料。

本研究成果所处的领域为当今国际新材料热点之一的金属基复合材料研究领域中的第四代复合材料，即用多增强体混合增强金属或合金（Hybrid Composites），此成果为国际领先水平。

本项目的研究旨在开发低造价、高性能的发动机活塞新材料。

目前已经成功制备了摩托车活塞和轿车376TiNp-AlNp/Al复合材料活塞和纳米孕育细晶强化活塞等系列活塞材料本项目2007年已获得国家发明专利。

市场前景随着经济和社会的发展，社会各行业对汽车的使用量越来越多，所以汽车对自身减重省油和活塞使用寿命何可靠性的要求越来越苛刻，新型自生陶瓷微粒/Al合金复合材料系列活塞材料的开发对研究开发新一代高性能汽车越来越重要。

汽车发动机是汽车的心脏，材料是发动机质量的关键所在，在环保意识日益增强的今天，用新材料来提高发动机的效率、降低排放并提高使用寿命具有重要的社会意义和经济意义。

自生陶瓷微粒/Al合金复合材料晶粒细小、自生陶瓷微相在Al合金基体中细小弥散分布、比强度高、比模量高、高温性能好，因此，用自生陶瓷微粒/Al合金复合材料来制造汽车发动机活塞将会使我省汽车发动机的效率、排放和使用寿命等指标优化到一个新的水平。

因此本项目适应当前汽车工业日益增长的实际需求，自生陶瓷微粒/Al合金复合材料在汽车制造领域有广泛的应用前景和显著的经济效益。

规模与投资项目总投资（设备、能源和人员等）为800万元，年产值9800万元。

生产设备50KG真空感应加热炉10台、活塞模具和石墨坩埚加工机床、磨床各三台。

效益分析年产值9800万元，年经济效益为4000万元。

合作方式独家技术转让、一般技术转让、技术入股等形式。

原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用摘要随着材料科学与工程专业的不断发展，实验教学在培养学生实践能力和创新意识方面起着重要作用。

本文以原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用为主题，介绍了其基本原理、实验操作和应用案例。

通过实验教学的实践，证明了此种方法具有简单、快捷、成本低、环境友好等特点，能够为材料科学与工程专业的教学实践提供有效支持和帮助。

简介复合材料是由两种或两种以上不同本质材料组合而成的材料，具有优良的综合性能，是材料科学与工程领域中的热点之一。

如何有效地引导学生进行实验探究、培养学生实践能力和创新意识，成为材料科学与工程专业教师们共同关注的问题。

近年来，原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程领域中得到广泛关注，成为一种较为成熟的制备方法。

方法原位反应自生法是在单一反应釜中采用纳米粒子催化剂，通过原位反应进行材料组成的选择性制备方法。

在此方法中，纳米粒子催化剂起到了至关重要的作用，通过与反应物的作用，实现了高效催化反应，同时又能够控制反应过程中的温度和时间。

通过此方法，可有效制备出复合材料，具有低成本、高效率、环保等优势。

实验操作原位反应自生法实验的操作步骤如下：1.预处理反应釜：将反应釜放入烘箱中干燥，在划痕处涂上石墨涂层，使其具有较好的表面均匀性。

2.制备催化剂：将催化剂颗粒和反应物混合，通过高速搅拌制备浆料。

3.加入催化剂：将制备好的浆料倒入反应釜中，通过搅拌使其均匀分散。

4.反应过程：将反应釜置于恒温水浴中，控制反应温度和反应时间。

5.沉淀、分离：将反应产物离心、冷却后，用无水甲醇进行洗涤和分离。

6.干燥、烧结：将分离后的样品放入烤箱中干燥、烧结，制备出复合材料。

应用案例原位反应自生法制备的复合材料，在材料科学与工程领域应用广泛。

使用此种方法可以制备出多种不同材料的复合材料，如聚合物复合材料、铁铁氧体复合材料等。

此种方法具有制备工艺简单、反应条件温和、制备的复合材料质量高等优点，在能源、数据存储等领域都得到了广泛应用。

原位TiC粒子增强Al－Si合金的组织及性能
王自东;李庆春;李春玉;张录山;于桂复
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】1994(30)1
【摘要】采用新工艺方法──熔铸直接接触反应法制取原位ＴｉＣ粒子增强铸造Ａｌ基复合材料．该方法是将Ａｌ－５．６ｗｔ－％Ｓｉ合金升温至７５０℃，再把Ａｌ－４０ｗｔ－％Ｔｉ－１０ｗｔ－％Ｃ粉末压制块压入，使Ｔｉ和Ｃ在Ａｌ－Ｓｉ合金液中直接反应生成直径为０．１－１．０μｍＴｉＣ颗粒，并均匀地分布在α－Ａｌ基体中，晶界上无明显颗粒聚集，制成品性能优异．
【总页数】6页(PB039-B044)
【关键词】原位反应;显微组织;金属复合材料
【作者】王自东;李庆春;李春玉;张录山;于桂复
【作者单位】哈尔滨工业大学,北京航空材料研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TB331
【相关文献】
1.原位TiC粒子增强ZA43复合材料的制备及组织性能 [J], 刘金水;舒震;肖汉宁;项品峰;谢贤清
2.Ti6Al4V合金表面氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2增强钛基复合涂层组织与耐磨性[J], 王振廷;高红明;梁刚;丁元柱
3.原位自生TiC与TiB增强钛基复合材料的组织和力学性能 [J], 徐欢; 郭相龙; 吕维洁
4.增强相含量对原位熔铸TiC/TC4组织与性能影响研究 [J], 曹磊;曲文诚;胡郅贤;魏尊杰;王宏伟
5.TiAl合金激光表面原位TiC颗粒增强涂层及高温抗氧化性能 [J], 辛艳辉;林建国;任志昂
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原位合金化和原位颗粒共同强化铝基复合材料的微观组织黄赞军;杨滨;崔华;段先进;胡双春;张济山
【期刊名称】《北京科技大学学报》
【年(卷),期】2001(023)003
【摘要】制备了Al2O3/Al-Cu和Al2O3/Al-Cu-Si原位复合材料,采用SEM观察显微组织,XRD分析物相,EDS分析相所含元素.初步结果表明,原位合金化和原位颗粒共同强化金属基体是可行的,合金元素Cu和Si出现在基体中,细小增强颗粒
Al2O3呈弥散分布.
【总页数】4页(P253-256)
【作者】黄赞军;杨滨;崔华;段先进;胡双春;张济山
【作者单位】北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083;北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TB331
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3.微合金化对TiB2颗粒增强铝基复合材料微观组织和力学性能影响的研究进展[J], 薛彦庆;李博;王新亮;张晗;郝启堂
4.原位Al_2O_3颗粒强化铝基复合材料的研究 [J], 黄赞军;胡敦芫;杨滨;张济山
5.原位合成SiC对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响 [J], 卢博;朱建锋;方媛;赵旭;汪加欢;贺鹏
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