国内外铝硅活塞合金的研究及应用述评

关于铸造铝硅合金（ZL104）文献综述摘要：通过查阅相关文献，了解铝硅合金的铸造及相关工艺，对研究铝硅合金起指导作用，并论述自己的观点关键词：ZL104铝硅合金；铸造；缺陷；组织；性能一、引言铝硅类合金具有优良的铸造性能（如收缩率小，流动性好，气密性好，热裂倾向小等），还有良好的机械性能、物理性能及切削加工性能。

所以，铸造铝硅合金在铸造铝合金中，是用途广、用量大、品种多的一类合金。

研究铝硅合金对工业发展很有必要，主要研究其性能、组织、力学性能及铸造过程的缺陷和防止措施。

二、ZL104应用前景及国内外研究状况：◊ZL104合金成分及性能：(1)主要化学成份：镁0．17％～0．3％，硅8％～10．5％，锰0．2％--0．5％，余为铝的含量，杂质含量：砂≤0．6％，铁≤0．铜≤0．3％，锌≤0．3％，锡≤0．1％，钛≤0．5％．(2)性能：抗拉强度：铸态≥150MPa，时效后≥200MPa硬度：铸态≥50HBS，时效后≥70HBS.【2】（3）铝合金具有密度小(2．79)、比强度高、耐腐蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟，是汽车工业理想的轻金属材料。

其导热性好，表面自然形成氧化膜，故耐蚀性优良，不易生锈；易保持漂亮的表面，因此铝车轮被普遍采用．由于铝的熔化温度低、流动性好，故易制造复杂形状的零件．【4】◊用途：①在机械行业中，ZL104 铝合金材料经常使用，尤其在发动机的缸体，缸盖及塑料模具中得到广泛应用。

【1】②电器和无线电工业根据铝的导电性好这一特性，广泛地用锻制造电线漶缆、电容器、整毒氟器_电器配件、无线电器材等．此外，铝线比较容易冷却，能相对地支持更大的电流，更具有经济性．机械制造业广泛用铝和铝合金制造车轮、滑轮、离心机、通风机、起重机及泵的零部件，活塞和发动机气缸等．．铝和铝合金已成为制造飞机、汽车、船舶、拖拉机、机动车辆等不可缺少的材料。

【4】③铝合金在汽车上的应用实例：1.铝气缸体、气缸盖（质轻、耐磨性高）2. 铝散热器3. 铝合金车轮（疲劳强度、焊接性能、耐磨性）4. 铝保险杠5. 铝车身外板6. 底盘零件。

高强韧铝硅合金的组织研究摘要铸造铝合金具有较高的强度、良好的铸造性能和耐腐蚀性能，广泛应用于机械、汽车、航空航天等领域。

其中铝硅合金主要用于制造活塞、缸体、缸盖和曲轴箱等铸件。

对于轻量化的要求，就要提高铝硅合金的力学性能。

本课题做了两组对比性试验，第一组是在精炼浇注结束后对于试棒进行金相组织微观观察，第二组是在T6处理结束后对于试棒进行了金相组织微观观察，观察两组试验的金相组织。

在本次是实验中，从第一组的精炼试验中发现，铸型的预热和浇注温度的提高，都能明显的改善铸件的性能。

精炼结束后浇注的第一组中，没有进行精炼，所以铸造缺陷明显。

即未精炼的试样发生了较明显的铸造缺陷缩孔，铸造缺陷严重。

其余四组当中，缺陷较少，有Al2Si、CuAl2等相。

T6处理过程中炉温过高，导致了试样的过烧，晶界复熔。

过烧试样的金相组织照片显示符合过烧机理。

关键词：铸造铝硅合金T6处理复熔Micro-structure analysis of high strength Al-Si alloyAbstractCast aluminum alloy has many advantages,such as low prices、organization isotropic can get a special organization、easy to produce parts of complex shaped.can be small batch and mass production ,and because of its high specific strength、good casting properties and corrosionresistance,widely used in machinery、automotive、aerospace and other fields,Al-Si alloy is mainly used in the manufacture of piston、cylinder、cylinder head and crankcase castings. With the automobile industry improve the product lightweight and hight-intensive1requirements,improve the mechanical properties of Al-Si alloy has become an urgent problem to be solved.This paper presents two experiments, the first group is in temperature and analysis the microscopic metallographic1structur e of the specimen,the second group is on the basis of the first that are carry through heat-treatment and analsing1the microscopic metallographic1structure of the specimen,with a view to observe the similarites1 and difference among two experiment.Because of the high temperature heat treatment process of this experiment, leads to the burning of the sample, the grain boundary melting. The first group of samples without heat treatment, the sample is unrefined had obvious shrinkage of casting defects, serious casting defects. The microstructure1 of overburnt1specimen photos show compliance with burning mechanism.Keywords: Cast Al-Si alloy microstructure1 heat treatment目录1、绪论 (2)1.1 高强韧铝硅合金国内外的研究现状 (2)1.2课题研究的背景、目的和研究内容 (3)1.2.1选题背景和目的 (3)1.2.2课题的研究内容 (3)1.3 合金元素对于组织的影响 (3)2、实验设备及过程 (4)2.1实验设备 (4)2.2配料 (4)2.3炉前准备 (5)2.4熔炼过程 (5)2.4.1加料顺序 (5)2.4.2浇注过程 (5)2.5试样成品制样 (6)3、实验结果分析 (6)3.1未精炼的显微组织特征 (6)3.2精炼后在不同的浇注温度下的金相组织特征 (7)3.3 T6处理后的金相组织照片 (8)3.3.1固溶强化处理 (8)3.3.2本次T6处理后的金相组织照片 (10)4、结论 (11)参考文献结束语1绪论材料、信息、能源被称为现代科学的三大支柱，而材料又是一切技术发展的物质基础，任何新技术的发展，莫不依赖于各种相互匹配的新材料，而新型材料中金属材料又是一个重要的方面。

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。

WORD格式技术研究报告课题编号：2011ZC0206课题名称：潍柴用WP7高性能柴油机活塞设计与制造申请鉴定单位：山东滨州渤海活塞股份有限公司（盖章）申请鉴定日期：2014.6.30一、国内外同类技术的背景材料汽车工业是我国国民经济的重要产业,近几年汽车工业在跨越式发展，随着国内外对重型卡车和大型工程机械需求的进一步扩大，柴油发动机正在向高负荷、高功率、高强度化方向发展，这对活塞本身的性能提出了更高的要求。

活塞是发动机上的关键零部件，被称为发动机的“心脏”，不但要满足发动机各项性能指标要求，同时还要承受交变的机械负荷和热负荷;活塞特别是高性能活塞已发展成为高技术含量产品。

为满足市场的需求和自身发展的需要，潍柴动力集团在广泛市场调研的基础上，依托公司强大的技术力量，将WP7系列柴油机作为重要战略项目提出，并进行全新设计开发，满足市场的需求，扩大国内市场占有率。

该发动机为废气涡轮增压中冷、直列、六缸、水冷、高压共轨、四冲程柴油机，该机结构紧凑、动力强劲、经济性好、排放指标欧Ⅳ，主要配套于中型载货车及工程机械车辆。

在该发动机设计过程中，广泛吸收了当今先进设计理论及方法，总体设计水平先进，燃烧过程组织合理，排放达到欧Ⅳ标准，符合我国排放法规的要求，市场前景十分广阔。

WP7-35活塞是与该机型配套的新型柴油机活塞，作为发动机的关键零部件，活塞环槽设计采用先进的三环槽结构，第一环槽将采用镶有耐磨镶圈的双梯形槽，能有效防止因高温下机油碳化结焦引起的活塞环卡滞、折断，使活塞环保持良好弹性及密封性，提高整机工作可靠性，耐磨镶圈由高镍奥氏体铸铁制成，增加了环槽的耐磨性，使活塞的使用寿命提高了1.5倍，降低了用户的使用成本；头部外圆采用大间隙锥体，对降低机油消耗和密封燃气具有很好的作用；裙部为中凸椭圆型面，使活塞在工作状态时与缸套配合间隙合理、便于润滑油膜的形成；活塞裙部表面石墨化处理，减少了活塞摩擦损失，裙部导向性得到了改善；活塞采用内冷腔结构能够迅速的传递热量，降低了活塞的热负荷；活塞销孔采用异形曲面设计进一步降低了销座应力峰值，提高了活塞销孔的承压能力。

设计型综合实验实验名称：活塞铝合金综合性能的研究学校：学院：材料与化工学院专业：金属材料工程班级：学号：姓名：实验组员：指导老师实验时间：2016.08.31—2016.10.15摘要：活塞是发动机的心脏，时其关键零部件之一。

由于活塞工作条件恶劣，所以对其性能要求很高。

铸造铝硅合金具有良好的综合性能，故本课题以铝硅合金为基础做了两组对照试验：一组是对浇注成型的试样进行金相分析，另一组时对固溶时效处理后的试样进行金相显微分析，并对比两组金相组织。

第一组未精炼的试样组织其铸造组织缺陷多而明显，精炼后的使用组织由于铸型的预热和浇注温度的提高，缺陷铸件减少，且有明显的CuAl2、Al2Si等相。

固溶时效处理过程中炉温过高，导致了试样过烧。

关键词：活塞；铝硅合金；固溶时效；过烧Abstract:As one of the important components,a pistons is the hurt of automobile engine.The high demand of pistons was due to abominable operating conditions.The nice combination property was provided with casting Al-Si alloy,and there are two groups of control experiment was based on Al-Si alloy in project:one to metallographic analysis with contact molding sample and another to observe metallographic structure with the specimen was be solid solution and aging.There are many obvious casting defect of sample structure wasn’t refined in the first group.The defect decreases with the increasing pouring temperature,of samplestructure after the refine,and the phase of CuAl2、Al2Si wasapparent.Oversintering was leaded to higher furnace temperature in the solid solution and aging.Keywords:pistons;Al-Si alloy;solid solution and aging;oversintering目录绪论 (1)1.选题 (1)1.1选题背景和目的 (1)1.2课题的研究内容 (1)2.活塞铝合金概述 (2)2.1铝合金概述 (2)2.2活塞简述 (2)2.2.1活塞定义 (2)2.2.2活塞工作条件 (2)2.2.3活塞性能要求 (2)3.铝合金组成成分 (3)3.1各合金元素对铝合金的影响 (3)3.2铝合金炉料配比 (3)4.铝合金炉料熔炼 (4)4.1浇注型腔选择 (4)4.1.1选择铸造类型及原因 (4)4.1.2腔内涂料 (4)4.2变质剂 (4)4.2.1变质剂选择 (4)4.2.2变质作用 (5)4.3精炼剂 (5)4.3.1精炼剂选择 (5)4.3.2精炼作用 (5)4.4炉料熔炼流程 (5)4.5熔炼时注意要点 (6)5.热处理 (6)5.1热处理概述 (6)5.1.1固溶处理 (7)5.1.2时效处理 (7)5.2热处理的目的 (7)5.3热处理工艺选择 (7)5.4热处理要点 (7)6.金相制备 (8)6.1制备过程 (8)6.1.1金相试样的截取 (8)6.1.2试样磨制 (8)6.1.3试样抛光 (9)6.2金相组织 (9)6.2.1未经热处理的试样 (9)6.2.2热处理后的试样 (11)结论 (12)参考文献结束语绪论活塞在发动机的工作中起到重要作用，时发动机的关键性零件。