[00334419]轻质活塞用过共晶铝硅合金的微观组织调控及性能研究

1、课题来源与背景 课题来源： 甘肃省自然科学基金资助（1606RJZA024） 背景： 研究表明,汽车燃料的60%消耗于自重,如果汽车的重量减轻10%,可以使汽车的燃油消耗减少6%～8%,同时使燃油效率提高5.5%左右,并且每消耗1L燃料,可以减少2.5千克CO2排放量。而作为传统铸铁理想替代材料的过共晶铝硅合金,因具有良好的铸造性能、低的热膨胀系数以及较好的耐磨耐蚀性被应用于生产汽车发动机活塞、缸体缸盖等零部件,以实现减轻汽车自重和节约能源的目的。工业生产中活塞用铝硅合金应具有减摩耐磨的特性,以提高机件的使用稳定性和使用寿命。但过共晶铝硅合金组织中存在的粗大块状、不规则五瓣星状初生Si及粗大针片状共晶Si,恶化了合金的摩擦磨损环境,不宜于活塞零件的长时间服役。 2、研究目的及意义 目前,主要借助合金化及变质的方法,通过改善活塞用过共晶铝硅合金中初生Si与共晶Si的形态、尺寸以及分布状态来减小零部件之间的摩擦。但是随着过共晶铝硅合金中Si相形态的规则化、尺寸的细化、分布的均匀化,虽利于优化合金的摩擦环境,但细小的Si相分布在合金基体上,降低了合金的耐磨性能,仍然不能满足汽车活塞零件在服役时对合金摩擦磨损性能的要求。 本项目研究了轻质活塞用过共晶Al-20Si合金微观组织调控及性能。通过化学变质的方法,研究了稀土元素Sm、Y、Yb及Pr/Y对合金微观组织调控及力学性能的影响;同时,结合热力学理论计算和实验分析,探究了稀土元素在合金凝固中的存在形式及分布状态,探究了稀土变质过共晶Al-Si合金的机制。 3、主要论点及论据 （1）纳米稀土相的析出行为及形貌演化规律 研究稀土变质Al-Si合金在凝固过程中不同纳米稀土相的析出行为和生长规律,明晰其生长动力学;阐明热力学条件对纳米稀土相生长动力学的影响机制;分析纳米稀土相的成分、相结构、生长形态及分布状态,研究热力学条件对纳米稀土析出相的形貌、尺寸以及分布状态的影响,从相结构、成分和生长形态等方面研究其形貌演化规律。 （2）稀土元素对Si相的变质机理 研究稀土元素对Al-Si合金中初生Si和共晶Si形貌、尺寸和分布状态的影响,深入分析Si相形貌的演变规律;结合稀土/纳米稀土相与Si相的界面行为、关联作用以及形态、尺寸等对Si相形貌演变的影响规律,明确稀土元素对共晶团的孕育机制,阐明稀土元素对Si相形核和生长的作用机制,深层次揭示稀土元素对Si相的变质机理,明晰界面行为、形核机制和组织调控三者之间的关联性,提供有效变质的科学依据。 （3）α-Al树枝晶的细化及微合金化 研究细化剂对Al-Si合金中α-Al树枝晶的形貌和尺寸的影响;深层次揭示α-Al的细化机理,明晰微合金化元素对合金微观组织和性能的影响。 4、创见与创新 以经典形核理论为基础,从相界面结构的角度出发,对稀土在Si相界面前沿的存在形式、分布状态以及纳米稀土相与Si相的界面行为进行表征,分析稀土/纳米稀土相与Si相界面的相关性对Si相的形核和生长及共晶团的孕育的作用机制。 5、社会经济效益、存在的问题 无 6、历年获奖情况 无