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发动机性能的不断提高对活塞的耐磨、耐热等性能也提出了更高的要求,因此需要开发出性能更高的活塞用铝硅合金。本文对共晶铝硅合金和过共晶铝硅合金(w(Si)=20%),分别进行多元合金化成分设计,通过变质处理和热处理,获得了高性能铝硅合金活塞材料。所得的主要结果和结论如下:(1)研究了稀土La和Sr对共晶铝硅合金的变质效果和作用。结果表明:当加入1.2%La时,共晶硅从针片状变为短杆状,平均尺寸从未变质时的84μm下降为38μm。当加入0.06%~0.08%Sr时,共晶硅从针片状变为纤维状,平均尺寸大幅下降到2μm左右,数量显著增加且分布均匀。对于共晶铝硅合金,Sr具有比稀土La更加优异的变质效果。(2)研究了多元合金化对共晶铝硅合金活塞力学性能的影响。采取Cu、Ni、Mg、Ti、Zn等元素进行多元合金化,其中Cu的加入量为3.0%~3.5%,Ni的加入量为1.0%~3.0%。结果表明:在0.06%的Sr变质、510℃固溶6h和185℃时效6h的条件下,随着Cu含量的增加,共晶铝硅合金的室温强度和高温强度均大幅度提高,随着Ni含量的增加,合金室温性能提高,特别是显著提高合金的高温强度。当Cu含量为3.5%,Ni含量为2.0%时,共晶铝硅合金活塞室温抗拉强度达到303.06MPa,300℃下高温抗拉强度达到137.74MPa,洛氏硬度(HRB)为81.7。(3)研究了热处理对共晶铝硅合金活塞组织和性能的影响。结果表明:固溶热处理能够显著改善共晶硅的形态和分布。经过510℃固溶6h后,共晶硅尺寸变小,棱角趋于圆整。在经过185℃时效6h后,合金强化相数量增多,分布均匀,棱角圆整,合金硬度升高。(4)研究了P变质和P+La复合变质对过共晶铝硅合金组织的影响。结果表明:当加入0.06%的P时,初晶硅的平均尺寸从未变质时的122μm下降为29μm,形状因子从未变质时的0.21上升到0.82,且数量增多,分布均匀。采用0.06%P+0.9%La复合变质,能够对初晶硅和共晶硅组织同时取得最佳的复合变质效果。(5)研究了多元合金化对过共晶铝硅合金活塞力学性能的影响。采取Cu、Ni、Mg、Ti、Zn等元素进行多元合金化,其中Cu的加入量为1.0%~3.0%,Ni的加入量为1.0%~1.5%。结果表明:在0.06%P+0.9%La的复合变质、510℃固溶6h和185℃时效6h的条件下,随着Cu含量的增加,共晶铝硅合金的室温强度和高温强度均大幅度提高,随着Ni含量的增加,合金室温性能提高,特别是显著提高合金的高温强度。当Cu含量为3.0%,Ni含量为1.5%时,过共晶铝硅合金活塞室温抗拉强度为242.62MPa,300℃高温抗拉强度为127.95MPa。