活塞鋁合金綜合性能的研究

1、 設(shè)計型綜合試驗 設(shè)計型綜合實驗 實驗名稱：活塞鋁合金綜合性能的研究 學(xué) 校： 學(xué) 院：材料與化工學(xué)院 專 業(yè)：金屬材料工程 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 實驗組員： 指導(dǎo)老師 實驗時間：2016.08.312016.10.15摘要：活塞是發(fā)動機(jī)的心臟，時其關(guān)鍵零部件之一。由于活塞工作條件惡劣，所以對其性能要求很高。鑄造鋁硅合金具有良好的綜合性能，故本課題以鋁硅合金為基礎(chǔ)做了兩組對照試驗：一組是對澆注成型的試樣進(jìn)行金相分析，另一組時對固溶時效處理后的試樣進(jìn)行金相顯微分析，并對比兩組金相組織。第一組未精煉的試樣組織其鑄造組織缺陷多而明顯，精煉后的使用組織由于鑄型的預(yù)熱和澆注溫度的提高，缺陷鑄件減

2、少，且有明顯的CuAl2、Al2Si等相。固溶時效處理過程中爐溫過高，導(dǎo)致了試樣過燒。關(guān)鍵詞：活塞；鋁硅合金；固溶時效；過燒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

3、 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 wasnt refined i

4、n the first group.The defect decreases with the increasing pouring temperature,of sample structure after the refine,and the phase of CuAl2、Al2Si was apparent .Oversintering was leaded to higher furnace temperature in the solid solution and aging.Keywords:pistons;Al-Si alloy;solid solution and aging;

5、oversintering 目錄緒論.11. 選題.1 1.1選題背景和目的.1 1.2課題的研究內(nèi)容.12.活塞鋁合金概述.2 2.1鋁合金概述.2 2.2活塞簡述.22.2.1活塞定義.22.2.2活塞工作條件.22.2.3活塞性能要求.23.鋁合金組成成分.3 3.1各合金元素對鋁合金的影響.3 3.2鋁合金爐料配比.34.鋁合金爐料熔煉.4 4.1澆注型腔選擇.44.1.1選擇鑄造類型及原因.44.1.2腔內(nèi)涂料.4 4.2變質(zhì)劑.44.2.1變質(zhì)劑選擇.44.2.2變質(zhì)作用.5 4.3精煉劑.5II 4.3.1精煉劑選擇.54.3.2精煉作用.5 4.4爐料熔煉流程.5 4.5熔煉時

6、注意要點.65.熱處理.6 5.1熱處理概述.65.1.1固溶處理.75.1.2時效處理.7 5.2熱處理的目的.7 5.3熱處理工藝選擇.7 5.4熱處理要點.76.金相制備.8 6.1制備過程.8 6.1.1金相試樣的截取.8 6.1.2試樣磨制.8 6.1.3試樣拋光.9 6.2金相組織.96.2.1未經(jīng)熱處理的試樣.96.2.2熱處理后的試樣.11結(jié)論.12參考文獻(xiàn)結(jié)束語IV緒論 活塞在發(fā)動機(jī)的工作中起到重要作用，時發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵性零件?；钊饔檬墙邮鼙怏w壓力，并作用于活塞銷，傳給連桿曲軸旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動機(jī)工作時，高溫氣體直接作用于活塞，氣體瞬時溫度高達(dá)2300，其頂部溫度達(dá)290-40

7、0，且溫度分布不均勻；發(fā)動機(jī)工作時活塞頂部同時承受著很大的壓力，此外活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動線速度可達(dá)11-16m/s。在這種惡略的條件下工作，活塞承受著高溫、高壓的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。因此活塞對于材料有著特殊的要求。 國內(nèi)對于鑄造鋁合金活塞材料的研究主要集中在對傳統(tǒng)的鋁硅合金的基體增強(qiáng)上。在國內(nèi)傳統(tǒng)的鑄造鋁硅活塞合金的成分優(yōu)化和處理工藝的研究還沒有大突破的情況下，科研工作者已在尋求新的途徑提高鑄造鋁合金的極限強(qiáng)度：（1）基體增強(qiáng)提高鑄造鋁合金的機(jī)械性能；（2）配合適當(dāng)?shù)某尚凸に嚨玫捷^好的生產(chǎn)效果。10例如氧化鋁、硅酸鋁和硼酸鋁短纖增強(qiáng)鋁合金活塞，都有很好的研究。11-12東南大學(xué)開發(fā)出使用陶瓷纖維

8、增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料活塞的發(fā)動機(jī)，活塞壽命得到大幅度提高，并提高發(fā)動機(jī)功率，減少油耗和降低排放。13 國外也在耐熱鋁合金上做了大量研究，美國航空航天局兩位華人科學(xué)家發(fā)明并命名了一種名為MSFC-398高強(qiáng)度耐高溫過共晶鋁硅合金材料，是非常適合生產(chǎn)發(fā)動機(jī)活塞的材料，其常溫的抗拉強(qiáng)度比普通鋁活塞提高了150%，高溫性能尤為顯著；14同樣新型耐熱鋁合金發(fā)展也很迅速，即采用快速凝固技術(shù)所研發(fā)的，例如，O D Neikow等采用高壓水霧化快速凝固的方法之制備了Al-Fe-Ce系列耐熱鋁合金，所得的材料精力都極小，組織致密有很少缺陷，其室溫（25）和高溫（300）抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)到500-550MPa、270

9、-300MPa。1.選題 1.1選題背景和目的 鑄造鋁硅合金在當(dāng)今汽車工業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，但是鑄造鋁硅合金的力學(xué)性能并不是太高，使其進(jìn)一步的推廣使用受到限制。航空、航天及汽車發(fā)動機(jī)的輕量化已經(jīng)成為世界研究的重要課題，輕量化可以節(jié)約能源，減少排氣量，降低污染量。 1.2課題的研究內(nèi)容 探究未熱處理和熱處理之后的力學(xué)性能變化，并觀察金相組織組成成分，能影響力學(xué)性能的因素，還有熱處理之后的析出相對力學(xué)性能的影響，本次為探究熱處理前后影響力學(xué)性能的原因提供金相組織所造成的影響。2.活塞鋁合金概述 2.1鋁合金概述 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)

10、構(gòu)材料，通常使用銅、鋅、錳、硅、鎂等合金元素。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。其按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，而鑄造鋁合金按化學(xué)成分可分為鋁硅合金，鋁銅合金，鋁鎂合金，鋁鋅合金和鋁稀土合金，其中鋁硅合金又有過共晶硅鋁合金，共晶硅鋁合金，單共晶硅鋁合金，鑄造鋁合金在鑄態(tài)下使用。 2.2活塞簡述 2.2.1活塞定義活塞是汽車發(fā)動機(jī)的"心臟"，承受交變的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，是發(fā)動機(jī)中工作條件最惡劣的關(guān)鍵零部件之一?；钊姆N類一般分為:柴油機(jī)活塞、汽油機(jī)活塞、通

11、用型活塞?；钊墓τ檬浅惺軞怏w壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。工作條件活塞在高溫。2.2.2活塞工作條件活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作?；钊苯优c高溫氣體接觸，瞬時溫度可達(dá)2500K以上，因此，受熱嚴(yán)重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達(dá)600700K，且溫度分布很不均勻;活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機(jī)高達(dá)35MPa，柴油機(jī)高達(dá)69MPa，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用;活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度(812m/s)往復(fù)運(yùn)動，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷?；?/p>

12、塞在這種惡劣的條件下工作，會產(chǎn)生變形并加速磨損，還會產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕作用。2.2.3活塞性能要求要有足夠的強(qiáng)度、剛度、質(zhì)量小、重量輕，以保證最小慣性力。導(dǎo)熱性好、耐高溫、高壓、腐蝕，有充分 的散熱能力,受熱面積小?；钊c活塞壁間應(yīng)有較小的摩擦系數(shù)。溫度變化時，尺寸、形狀變化要小，和汽缸壁間要保持最小的間隙。熱膨脹系數(shù)小，比重小，具有較好的減磨性和熱強(qiáng)度。3.鋁合金組成成分 3.1各合金元素對鋁合金的影響 （1）Si Si是改善流動性能的主要成分。（合金的流動性是指液體合金本身的流動能力，是合金的鑄造性能之一，它與合金的成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性能有關(guān)。流動性好，

13、充填鑄型的能力強(qiáng)，良好的流動性，有利于合金液良好地充滿鑄型，以得到形狀、尺寸準(zhǔn)確、輪廓清晰的致密鑄件。）從共晶到過共晶都能得到最好的流動性。但結(jié)晶析出的硅易形成硬點，使切削性能變差。所以一般都不讓它超過共晶點，Si可以改善抗拉強(qiáng)度、硬度以及高溫強(qiáng)度而使延伸率降低。我們此次選用的硅含量為9-12%，即為亞共晶鋁硅合金。 （2）Mg 加入一定的Mg形成Al-Mg-Si合金 ，Mg含量一般在0.2-0.5%時，其析出的硬度高，抗拉強(qiáng)度和彈性模量得到提高，但韌性降低。若再提高M(jìn)g的含量，則易氧化，使合金液中卷入氧化物的量增加，并降低流動性。 （3）Cu 合金中加入一定量的銅形成鋁硅銅合金，提高合金硬度

14、，提高合金的耐熱強(qiáng)度，但會降低耐蝕性。提高強(qiáng)度，4-6%最大強(qiáng)化效果，0.2%以上會降低耐蝕性。熱處理后會析出強(qiáng)化相CuAl2，起到細(xì)化晶粒和強(qiáng)化的作用。 （4）Mn Mn在鋁合金中會形成MnAl6的彌散質(zhì)點，阻止再結(jié)晶的粗大化，提高再結(jié)晶溫度，有效地細(xì)化再結(jié)晶晶粒，提高合金的強(qiáng)度，并與鋁合金中的不純物Fe形成（Al3FeMn）化合物，使Fe的化合物形態(tài)從針狀變?yōu)閴K狀，能在一定程度上改善韌性，即能溶解一定的雜質(zhì)Fe，減少Fe的有害作用，提高合金的耐蝕性。 （5）B 和Ti一起加入，細(xì)化晶粒，B與Ti的質(zhì)量比為1:5。鋁合金中含Ti量應(yīng)小于0.2%。 3.2鋁合金元素?zé)龘p率及爐料配比（見表2-1

15、、2-2）元素 AlSiMgMnCu燒損率1%2%40%2% 表2-1 鋁合金元素?zé)龘p率金屬元素SiCuMgMnTiBAl含量（%）9411.50.150.03剩余料材Al-SiAl-CuMgAl-MnAl-Ti-BAl質(zhì)量(g)375801315036剩余 表2-1 鋁合金爐料的配比4.鋁合金爐料熔煉 4.1試驗設(shè)備選擇4.1.1設(shè)備：電阻加熱爐（圖4-1）、石墨坩堝、金屬型模具、鐘罩、 高精度固溶爐（圖4-2）、坩堝鉗、鋼鋸、虎鉗、鐵錘、電子秤、砂輪等。 圖4-1電阻加熱爐 圖4-2高精度固溶爐 4.1.2選擇鑄造類型及原因 （1）金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得

16、鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次(幾百次到幾千次)。（2）優(yōu)點： a.金屬型生產(chǎn)的鑄件，其機(jī)械性能比砂型鑄件高。同樣合金，其抗拉強(qiáng)度平均可提高約25%，屈服強(qiáng)度平均提高約20%，其抗蝕性能和硬度亦顯著提高; b.鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定; c.鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約1530%; d.不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80100%。 4.2變質(zhì)劑4.2.1變質(zhì)劑選擇 稀土+磷鹽 質(zhì)量共4g4.2.2變質(zhì)作用 （1）稀土在鋁及鋁合金中的主要作用： a.減輕非金屬雜質(zhì)的有害作用；b.細(xì)化晶粒和枝晶組織并提高塑性；c.改變

17、雜志存在狀態(tài)；d.降低基本表面張力、改善鑄造性能；e.提高鋁及鋁合金的耐腐蝕性能。 （2）磷鹽變質(zhì)作用： a.用磷鹽處理過的活塞常溫抗拉強(qiáng)度比鈉鹽變質(zhì)劑處理的提高近20，膨脹系數(shù)小，體積穩(wěn)定性好；b.有較高的導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蝕性，鑄件加工容易，表面光潔度高；c.有長效性和重熔性，用磷鹽變質(zhì)劑處理后的合金在進(jìn)行精煉處理，不但不會使變質(zhì)效果衰退，反而會使初晶硅分布更加均勻；d.鑄造流動性好，大大減少了鑄件的縮松、縮孔傾向，提高活塞成品率；e.熔解吸收快，在變質(zhì)時基本無煙、無味、無毒、不易吸氣、不沾坩堝和工具，操作方便；f.存放及運(yùn)輸方便、安全。 4.3精煉劑4.3.1精煉劑選擇 精煉劑：六氯乙烷

18、 質(zhì)量3.34g 4.2.2精煉作用 精煉劑中的部分組元在高溫下極易分解，生成的氣體易于氫反應(yīng)，且與夾渣吸附力強(qiáng)，并迅速從熔體中逸出。其它組元兼有清渣劑作用。 4.4爐料熔煉流程（1） 將適用于熔煉Al-Si合金的熔爐檢查有無缺陷后清理干凈，并預(yù)熱坩堝爐至500-600，燒灼附著在坩堝內(nèi)壁的水分及可燃物質(zhì)，待冷卻到300以下時，仔細(xì)清理坩堝內(nèi)壁。（2） 將壓勺、攪拌勺等工具清理干凈。（去除殘余金屬和氧化皮等污物）（3） 熔煉及澆注：a.當(dāng)爐溫達(dá)到690時，將除鋁鎂合金以外的所有爐料全部放入坩堝爐中，進(jìn)行熔煉。b.設(shè)置熔煉溫度為705，30min后，坩堝爐內(nèi)爐料熔煉完畢，扒渣，740時加入精煉劑

19、，進(jìn)行精煉，4min。c.扒渣，740時加入鋁鎂合金，用壓勺將其壓入鋁液中，減少其燒損量。d.降低爐溫，待鎂熔解后，進(jìn)行澆注，溫度為689。（得到1號試樣）e.待金屬型冷卻至200-300，進(jìn)行第二次澆注，澆鑄溫度為694。（得到2 號試樣）f.730-750時進(jìn)行變質(zhì)處理，加入變質(zhì)劑，5min后澆注，澆注溫度為740。（得到3號試樣）g.升高爐溫至760，進(jìn)行澆注，此時變質(zhì)時間為11min.（得到4號試樣）h.逐漸降低爐溫，進(jìn)行澆注，溫度為673，變質(zhì)時間為16min.（得到5號試樣）得到各試樣鑄造條件，如表3-1所示。試樣序號12345澆注溫度（）689694740760673金屬型狀態(tài)未

20、預(yù)熱已預(yù)熱已預(yù)熱已預(yù)熱已預(yù)熱變質(zhì)時間（min）未變質(zhì)未變質(zhì)51116 表4-1 各試樣澆注條件 4.5熔煉時注意要點 加入鎂的溫度不宜過高。由于鎂比較活潑，極易氧化，所以加入到溫度高達(dá)690的鋁液中，會有大量的燒損，燒損量高達(dá)40%，所以，在配料時，就應(yīng)注意到這點，故，我們提高了鎂的含量，但，盡管如此，鎂的燒損依舊非常嚴(yán)重，澆注到第5組試樣時，其已經(jīng)不再含鎂了。5.熱處理 5.1熱處理概述 5.1.1固溶處理固溶處理（solution treatment）：指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。固溶處理是為了得到均勻的過飽和固溶

21、體，便于時效時重新析出顆粒細(xì)小、分布均勻的強(qiáng)化相，同時消除由于冷熱加工產(chǎn)生的應(yīng)力，使合金發(fā)生再結(jié)晶。主要根據(jù)各個合金中相析出和溶解規(guī)律及使用要求來選擇，以保證主要強(qiáng)化相必要的析出條件和一定的晶粒度。對于長期高溫使用的合金，要求有較好的高溫持久和蠕變性能，應(yīng)選擇較高的固溶溫度以獲得較大的晶粒度；對于中溫使用并要求較好的室溫硬度、屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度的合金，可采用較低的固溶溫度，保證較小的晶粒度。高溫固溶處理時，各種析出相都逐步溶解，同時晶粒長大；低溫固溶處理時，不僅有主要強(qiáng)化相的溶解，而且可能有某些相的析出。對于過飽和度低的合金，通常選擇較快的冷卻速度；對于過飽和度高的合金，通

22、常為空氣中冷卻。5.1.2時效處理（1） 時效處理：指合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度或室溫放置，其性能、形狀、尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，并較短時間進(jìn)行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理。（2） 人工時效是將鑄件加熱到550650進(jìn)行去應(yīng)力退火，它比自然時效節(jié)省時間，殘余應(yīng)力去除較為徹底. 5.2熱處理的目的（1） 主要是改善鋼和合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準(zhǔn)備等。（2）使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型 5.3熱處理工藝選擇 鋁硅銅合金的共晶點溫度為524。因固溶

23、溫度需小于共晶點溫度，綜合考慮固溶溫度為500，固溶時間為6小時。由于170時效，析出強(qiáng)化效果最好，主要析出相為CuAl2,析出強(qiáng)化時間為8小時。 5.4熱處理要點（1） 使用高精度固熔爐時，一定要注意爐內(nèi)溫度，保溫時間要保證，溫度同樣也要保證，不能過高，即不能超過三元相圖的共晶溫度點。（2） 將試樣捆綁放入固熔爐時，一定要注意將其直立或橫放在爐底，不能斜靠在爐膛內(nèi)壁上，否則會因為溫度過高而使得應(yīng)力集中，導(dǎo)致試樣彎曲。 圖5-1 Al-Si-Gu三元相圖6.金相制備 6.1制備過程6.1.1金相試樣的截取 1截取試樣的部位，必須能表征材料或部件的特點及檢驗的目的，可直接截取垂直于模壁的橫斷面，

24、從表層到中心截取幾個試樣。經(jīng)過熱處理的零件，顯微組織是比較均勻的，只在任一截面上截取試樣即可。 2確定試樣的金相磨面：研究結(jié)果或試驗報告上的金相照片應(yīng)說明取樣的部位和磨面的方向。橫截面主要研究內(nèi)容：a試樣外層邊緣到中心部位金相顯微組織的變化。b表層缺陷的檢驗，如、氧化、脫碳、過燒、折迭等。c.非金屬夾雜物在截面上的分布情況。6.1.2試樣磨制分粗磨和細(xì)磨兩步。試樣取下后，首先進(jìn)行粗磨，鋁合金是質(zhì)地很軟的材料，則可用銼刀銼平或是砂輪機(jī)打磨。在砂輪上磨制時，應(yīng)握緊試樣，使試樣受力均勻，壓力不要太大，并隨時用水冷卻，以防受熱引起金屬組織變化。此外，在一般情況下，試樣的周界要用砂輪或銼刀磨成圓角，以免

25、在磨光及當(dāng)拋光時將砂紙和拋光織物劃破。細(xì)磨是消除粗磨時產(chǎn)生的磨痕，為試樣磨面的拋光做好準(zhǔn)備。粗磨平的試樣經(jīng)清水沖洗并吹干后，隨即把磨面依次在由粗到細(xì)的各號金相砂紙上磨光。依次使用400、600、800、1000、1200、1500、2000目的砂紙對試樣進(jìn)行打磨（號小者磨粒較粗，號大者較細(xì)）。磨制時砂紙應(yīng)平鋪于厚玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣，使磨面朝下并與砂紙接觸，在輕微壓力作用下把試樣向前推磨，用力要均勻，務(wù)求平穩(wěn)，否則會使磨痕過深，且造成試樣磨面的變形。試樣退回時不能與砂紙接觸，這樣“單程單向”地反復(fù)進(jìn)行，直至磨面上舊的磨痕被去掉，新的磨痕均勻一致為止。在調(diào)換下一號更細(xì)的砂紙時，應(yīng)

26、將試樣上磨屑和砂粒清除干凈，并轉(zhuǎn)動90°角，使新、舊磨痕垂直。金相試樣的磨光除了要使表面光滑平整外，更重要的是應(yīng)盡可能減少表層損傷。每一道磨光工序必須除去前一道工序造成的變形層（至少應(yīng)使前一道工序產(chǎn)生的變形層減少到本道工序生產(chǎn)的變形層深度），而不是僅僅把前一道工序的磨痕除去；同時，該道工序本身應(yīng)盡可能減少損傷，以便進(jìn)行下一道工序。最后一道磨光工序產(chǎn)生的變形層深度應(yīng)非常淺，應(yīng)保證能在下一道拋光工序中除去。在磨制軟軟的有色金屬試樣時，為了防止磨粒嵌入軟金屬內(nèi)和減少磨面的劃損，在砂紙上涂一層肥皂水溶液或甘油水溶液作潤滑劑。6.1.3試樣拋光（1）金相試樣的拋光可分為機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)

27、拋光三類。拋光目的為去除金相磨面上因細(xì)磨而留下的磨痕，使之成為光滑、無痕的鏡面。機(jī)械拋光簡便易行，應(yīng)用較廣。（2）機(jī)械拋光是在專用的拋光機(jī)上進(jìn)行的，拋光機(jī)主要是由電動機(jī)和拋光圓盤（200300mm）組成，拋光盤轉(zhuǎn)速為200600r/min以上。拋光盤上鋪以細(xì)帆布、呢絨、絲綢等。拋光時在拋光盤上不斷滴注拋光液。拋光液采用ZnO細(xì)粉末（粒度約為0.31m）在水中的懸浮液。機(jī)械拋光就是靠極細(xì)的拋光粉末與磨面間產(chǎn)生相對磨削和液壓作用來消除磨痕的。操作時將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并沿盤的邊緣到中心不斷作徑向往復(fù)運(yùn)動。拋光時間一般為35min。拋光后的試樣，其磨面應(yīng)光亮無痕，且石墨或夾雜物等不應(yīng)

28、拋掉或有曳尾現(xiàn)象。這時，試樣先用清水沖詵 ，再用無水酒精清洗磨面，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。 6.2金相組織 6.2.1未經(jīng)熱處理的試樣 （1）試樣1（澆鑄溫度689，金屬型未預(yù)熱，鋁液未變質(zhì)），金相顯微圖如圖6-1-1、6-1-2所示。CuAl2初生Si基體Al 圖6-1-1 1號試樣的金相顯微圖 圖6-1-2 1號試樣的金相顯微圖 從圖6-1-1中可以看出，除了基體鋁之外，還有初生硅，Al2Si相、CuAl2相和一些黑點，從圖1中觀察到，表面的和黑點較多。黑點放大之后如圖6-1-2，黑體內(nèi)部反光，則是鑄造缺陷，縮孔，可能還有一些氧化夾雜。 （2）試樣2（澆鑄溫度694，金屬型已預(yù)熱，鋁液未變質(zhì)）金

29、相顯微圖如圖5-2所示。 圖6-2 2號試樣的金相顯微圖 6-3 2號試樣的金相顯微圖 從圖5-2可以看到表面有黑點，為氧化夾雜或者是鑄造缺陷。但與圖5-1對比，黑點明顯減少，表明鑄型預(yù)熱對于鑄造缺陷有很大改善作用。 （3）試樣3（澆鑄溫度740，金屬型已預(yù)熱，鋁液變質(zhì)5min），金相顯微圖如圖5-3所示。 從圖5-3可以看出，隨著鑄型的溫度的提高，表面的氧化夾雜進(jìn)一步的減少，表明鑄造性能進(jìn)一步的被優(yōu)化。 （4）試樣4（澆鑄溫度760，金屬型已預(yù)熱，鋁液變質(zhì)11min），金相顯微圖如圖5-4所示。 從圖6-4中可以看出鑄件組織沒有過于明顯的黑點，各種合金相存在。，與6-1-1圖的對比發(fā)現(xiàn)，在鑄

30、造鋁硅合金的澆注過程中，對于合金熔煉過程中的精Al2Si基體Al初生SiCuAl2 圖6-4 4號試樣的金相顯微圖 圖6-5 5號試樣的金相顯微圖煉和對金屬鑄型的預(yù)熱對于合金的性能有明顯的影響，能顯著提高合金的性能，減少鑄造缺陷的產(chǎn)生。 （5）試樣5（澆鑄溫度673，金屬型已預(yù)熱，鋁液變質(zhì)16min）金相顯微圖如圖6-5所示。圖6-5可以觀察精煉之后的試樣，氧化夾雜和鑄造缺陷明顯減少，并且組織均勻，各種預(yù)期相均已出現(xiàn)。與圖6-2對比發(fā)現(xiàn)，本兩組試樣澆注存在著鑄型溫度的差異，所表現(xiàn)出的鑄造缺陷有著明顯的不同。金屬鑄型的溫度越高，對鑄件的性能越有利，有利于鑄件的合金相的析出，并且鑄造缺陷縮孔有著明

31、顯的減少。6.2.2熱處理后的試樣（1）過燒：鋁合金當(dāng)加熱溫度高于低熔點共晶的熔點，使低熔點共晶和晶界復(fù)熔的現(xiàn)象。 過燒的宏觀組織特征：過燒嚴(yán)重時鑄錠和加工制品表面色澤變暗、變黑，有時產(chǎn)生表面起泡。 過燒的顯微組織典型特征：檢查鑄錠及加工制品是否過燒，只以顯微組織特征為依據(jù)，其他方法只能作為旁證。對變形鋁合金，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，過燒的判定特征有3個，即復(fù)熔共晶球、晶界局部復(fù)熔加寬和3個晶粒交叉處形成復(fù)熔三角形。 (2)組織特征：該合金過燒后其組織出現(xiàn)復(fù)熔球（一般出現(xiàn)在晶內(nèi),輕蝕后顯示出清晰的圓球形輪廓,球內(nèi)呈團(tuán)絮狀,個別球內(nèi)尚有未溶相，如圖6-6）、難溶（相相界和相間復(fù)熔、晶界復(fù)熔（晶界斷續(xù)或連續(xù)

32、變粗,輕蝕可看到雙晶輪廓,其中有復(fù)熔重結(jié)晶的產(chǎn)物,亦有未溶的化合物相，如圖6-6）等特征.14532153 圖6-6 熱處理后5組試樣的金相顯微組織（3）過燒形成機(jī)理。變形鋁合金中，除（Al）基體外一般都有幾種共晶，根據(jù)合金的不同，含有共晶的種類和多少也不同。如果在一種合金里有幾種共晶，每種共晶的熔化溫度不盡相同，當(dāng)把合金從低溫度升到高溫度時，熔點最低的共晶首先熔化，這個共晶熔化的溫度稱為過燒溫度，而這種共晶被稱為低熔點共晶，即熔點最低的共晶。結(jié)論：（1）通過對精煉鋁液和未精煉鋁液的對比，發(fā)現(xiàn)精煉后澆注的鑄件鑄造缺陷相對較少，各種合金相能夠均勻存在，性能良好；而未精煉所澆注的鑄件有較為明顯的鑄造缺陷。（2）澆注溫度相近的條件下，金屬鑄型的預(yù)熱和未預(yù)熱同樣也能影響鑄件的性能。實驗發(fā)現(xiàn)：預(yù)熱的鑄型澆注出來的鑄件，性能較好且組織均勻；而未預(yù)熱的金屬鑄型所澆注的鑄件鑄造缺陷明顯，縮孔較多，且表面黑點較多，性能差。（3）在同樣鑄型條件下（即鑄型已預(yù)熱）澆注的鑄件，通過對比后發(fā)現(xiàn):澆注溫度越高，鑄件的組織越均勻，缺陷越少，性能越好。（4）對試樣固溶時效處理后，通過其金相照片觀察發(fā)現(xiàn)：處理中試樣產(chǎn)生了過燒，其中硅的形貌發(fā)生了很大改變，大多變成了橢圓狀，說明了過燒程度較為嚴(yán)重；CuAl2相明顯有減少，說明了該相融入了硅中