发动机铸造铝硅合金的性质及应用,研究现状及展望都很关键
铝,一种银白色的轻金属,其密度小,延展性好,且具有优良的导电性能和热性能等特点。在潮湿的空气中易形成一层致密的氧化膜保护,能防止金属腐蚀。Al是地壳中含量最丰富的金属元素,据统计,地壳中铝占7.5%(质量分数)。目前,铝的应用变得越来越广泛,其使用量成为仅次于钢铁的第二大类金属。
通过在纯铝的基础上添加其它金属或非金属元素形成的铸造铝合金,不仅能使纯铝的基本性能保存不变而且由于在合金化及热处理的作用下,铝合金的综合力学性能在很大程度上也得到改善。铝及铝合金在工业上的地位变得越来越重要,现在已经大量被用于军事、工业、农业和交通运输等领域。
常用的铸造铝合金分:Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系、Al-Re系列。通常我们使用Al-Si系铸造铝合金制造汽车发动机缸体。通过添加主要元素硅形成的Al-Si系合金具有优良的铸造性能(流动性好、气密性好、收缩率小和热烈倾向小),经变质细化处理和热处理后,能显著强化合金、减小热膨胀系数、提高合金的耐蚀性和耐磨性,是铸造铝合金中品种最多、应用最广的一类合金。
在Al-Si二元合金相图中,共晶成分的硅含量在12.5%左右,当硅含量达到10%~13%时,金属液的流动性较好,适合铸造薄壁、大平面、且结构复杂的铸件,但是此时合金的力学性能不太理想,强度和硬度一般,韧性较低,难以满足汽车、航天航空等工业对高比强度轻质材料的追求,为了满足工业界对材料的高要求,开发出一种高强韧铸造铝硅合金势在必行。
随着现代工程铝合金结构铸件越来越复杂化、大型化、高强化和耐高温的需要,研制一种新型高强韧铸造Al-Si合金成为目前的研究热点[19-23]。研发具有特种功能的高强高韧新材料也会成为今后铸造铝合金发展的一个方向。如美国正利用快速凝固研发新型的微晶合金,由于该合金具有极细的显微结构,不仅能提高合金的强度和耐疲劳性能,而且还能提高其塑韧性,改善其工艺性能。