劉 亮
(東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院,江西 南昌 330013)
近些隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,汽車產(chǎn)業(yè)成為了國民經(jīng)濟(jì)不可或缺的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)國務(wù)院發(fā)展中心一項研究表明:汽車工業(yè)對于相關(guān)工業(yè)的拉動作用達(dá)到1:10,即汽車工業(yè)1個單位的產(chǎn)出可以帶動國民經(jīng)濟(jì)總體10個單位的產(chǎn)出,由此可見汽車行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)舉足輕重的地位。汽車的核心部件之一是發(fā)動機(jī),發(fā)動機(jī)的心臟就是活塞,因而活塞性能的好壞直接影響到發(fā)動機(jī)和整車的性能,所以對活塞材料的選擇至關(guān)重要。常采用活塞的材料是亞共晶或共晶鋁硅合金,但隨著對發(fā)動機(jī)的發(fā)展方向趨向高速低耗,亞共晶或共晶鋁硅合金材料已不能完全滿足需求。本項目在結(jié)合前期對半固態(tài)鋁合金坯料制備的研究工作,又同時加入變質(zhì)劑磷,對過共晶鋁硅合金做細(xì)化處理,獲得最佳工藝參數(shù),使方案具有實用價值,提供新型活塞材料制備方式。在此背景下,本項目擬開展對過共晶鋁硅合金坯料制備的研究,過共晶鋁硅合金含硅量高達(dá)17%~26%,具有合金密度小,線膨脹系數(shù)低、耐磨損、耐熱、耐腐蝕,是理想的活塞材料。但過共晶鋁硅合金的顯微組織中,初生晶呈粗大板塊狀,共晶硅呈針條狀,從而對基體產(chǎn)生嚴(yán)重的割裂,使得抗拉強(qiáng)度低,鑄造性能差。項目針對此點,開展對過共晶鋁硅合金的細(xì)化處理,選用含20%硅的過共晶鋁硅合金,在坩堝中熔化,根據(jù)隔絕空氣、保溫等要求,研制適宜的攪拌裝置,采用半固態(tài)成形方式賴控制硅相的技術(shù),并確定最佳的攪拌溫度、攪拌速度等工藝參數(shù),半固態(tài)時采用磷作為變質(zhì)劑進(jìn)行細(xì)化處理,磷在合金液中與鋁生成溶點高且細(xì)小的AIP化合物,AIP具有與硅相近的晶格結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù),因而成為了Si結(jié)晶時的異質(zhì)核心,產(chǎn)生異相生核作用,促使熔液中的硅晶坯和原子快速生長為晶核,使晶核數(shù)量大大增加,從而實現(xiàn)細(xì)化的目標(biāo)。
基主要問題:①攪拌裝置的設(shè)計(包括攪拌器材質(zhì)的選擇、攪拌器形狀的選擇、實現(xiàn)隔絕空氣、保溫調(diào)節(jié)的功能);②磷作為變質(zhì)劑對過共晶鋁合硅晶粒度的影響(包括變質(zhì)劑磷的加入方式、變質(zhì)劑磷的加入量、變質(zhì)劑磷的加入時處理溫度、去氣、保溫的影響因素);③機(jī)械攪拌對半固態(tài)時過共晶鋁合硅晶粒度的影響(攪拌強(qiáng)度、攪拌時間的確定、攪拌溫度的確定)。
關(guān)鍵技術(shù):①新型攪拌裝置及各控制器的設(shè)計;用磷做變質(zhì)劑對半固態(tài)時的過共晶鋁硅合金作細(xì)化處理。
實驗方案
圖2 方案流程圖
圖1 所示為鋁硅合金二元相圖,由圖清楚可看其溫度區(qū)間包括:固相線約577℃,液相線溫度約為700℃。根據(jù)此圖所示,可以初步確立攪拌溫度基本數(shù)值范圍。
解決方案:首先進(jìn)行攪拌器裝置設(shè)計,制作合乎要求的攪拌器裝置;通過坩堝爐加熱熔化后,進(jìn)行機(jī)械攪拌,加入變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理;取樣做金相分析。通過分析對比,比較各種方式、參數(shù)下的金相圖片,獲得最佳工藝參數(shù),如圖2所示。
結(jié)合前期對半固態(tài)鋁合金坯料制備的研究工作,考慮應(yīng)用半固態(tài)成形技術(shù),應(yīng)用熔體攪拌法在合金半固態(tài)時進(jìn)行攪拌處理,同時加入變質(zhì)劑,對過共晶鋁硅合金做細(xì)化處理,獲得最佳工藝參數(shù),使方案具有實用價值,提供新型活塞材料制備方式的方法。
[1]王龍.中國汽車產(chǎn)業(yè)國家競爭力研究[M].武漢武漢理工大學(xué),2006.
[2]賴華清.活塞材料的運用及發(fā)展[J].上海汽車,2005,(2):33-34.
[3]劉迭利,齊丕驤.鋁合金活塞IM].北京:國防工業(yè)出版社,1999.