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硕士学位论文
自生颗粒增强铝基复合材料活塞成形工艺与组织性能研究
姓名：郝旭红
申请学位级别：硕士
专业：材料加工工程
指导教师：刘昌明
铝基复合材料具有优异的高温性、耐磨性、热稳定性以及较低的热膨胀系数
是发动机活塞的理想材料。为满足发动机大功率、高转速、低能耗的使用
要求，陆续开发了 Al O
短纤维，SiCp 颗粒等增强材料，通过挤压铸造，用于活
塞的整体或局部增强。但是，由于陶瓷增强相是外加的，这类复合材料都存在制
造工艺复杂、成本较高、增强相表面污染而造成的界面反应等一系列问题，极大
的限制了其使用。自生复合材料的增强相是在复合材料制备过程中形成，具有界
面洁净，界面结合力强，工艺简单，成本低等优点，近年来成为铝基复合材料活
塞的研究热点。
Si 具有密度低、熔点高、硬度高、热膨胀系数低和适当的弹性模量
等特性，可作为金属基复合材料的增强相。本文通过离心铸造 Al-18Si
Al-18Si-5Mg 合金，利用合金在凝固过程中析出的初生颗粒与金属熔液之间的密度
差，分别得到了初晶 Si 颗粒单独增强和初晶 Si、初生Mg
Si 颗粒混合增强两种复
合材料活塞。观察了这两种复合材料活塞的微观组织，测试了复合材料的硬
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上海艾荔艾金属材料有限公司
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产地：美国
品牌：艾荔艾
型号：C93200
发布时间：
C93200（SAE660 RG7）被认为是&标准&型轴承材料的铅锡青铜。该合金具有优异的加工性能，良好的硬度，强度和耐磨性，优良的抗磨性。典型应用包括轴承，垫圈，衬套，汽车配件，主轴轴承，机床轴承，起重机轴承，耳轴轴承，辊颈轴承，轧机轴承，燃油泵衬套，水泵轴套，柴油机活塞销衬套，锻压肘节杆轴承，填料箱液压机，液压机主衬里，泵叶轮，通用衬套，管件，泵装置，外球面轴承，等等。
81.00-85.00
Tensile Strength (min)
Yield Strength (at .5% extention under load min)
Elongation (in 2in. or 50mm min, %)
Brinell Hardness (min)
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优质碳素结构钢主要用于制造机器零件。一般都要经过热处理以提高力学性能。根据碳的质量分数不同，有不同的用途。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作、汽车和上的冷件，如汽车身、拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如销、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理(淬火+高温回火)后具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件，例如40、45钢常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、一般主轴、机床和其他受力不大的轴类零件；55、60、65钢热处理(淬火+中温回火)后具有高的弹性极限，常用于制作负荷不大、尺寸较小(截面尺寸小于12～15mm)的，如调压和调速弹簧、柱塞弹簧、冷卷弹簧等用 这类钢是指适用于制造机器和机械零件的合金钢。它是在优质碳紊钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素，用来提高钢的强度、韧性和淬透性。这类钢通常要经过热处理(如调质处理、表面硬化处理)后使用。主要包括常用的合金结构钢和合金两大类，其中包括调质处理的合金钢、表面硬化处理的合金钢(渗碳钢、氮化钢、表面高频淬火钢等)、冷塑性成型用合金钢(冷顶锻用钢、冷挤压用钢等)。按化学成分基本组成系列可分为Mn系钢、SiMn系钢、Cr系钢、CrMo系钢、CrNiMo系钢、Nj系钢、B系钢等。聊城市汇宝金属材料有限公司常年销售包钢、成都、、宝钢、鞍钢、西钢、冶钢、安钢、衡钢、常钢等十大钢厂及德国、日本、俄罗斯等进口生产的大中型优质无缝钢管,常备无缝钢管资源材质为：10#,20#,35#,45#,20G,40Cr,20Gr,16Mn-45Mn,27SiMn,Cr5Mo,12CrMo(T12),12Cr1MoV,12Cr1MoVG,10CrMo910,15CrMo,35CrMo,40CrMo等。钢管厂钢管执行国标：GB/T8162-99结构管,GB/T8163-99,GB/T3087-99中低压锅炉管,GB/T5310-95高压锅炉管,GB/T化肥专用管,27SiMn管,高压合金管,GB/T9948-85裂化管GB9948-88,地质钻探用管YB235-70,汽车半轴套管YB/T5035-96等各种标准的。 &&&&
造船用钢是指用于制造海船和大型内河船体结构的钢。由于船体结构一般采用焊接方法制造，所以要求造船钢有较好的焊接性能。此外，还要求有一定的强度、韧性和一定的耐低温及腐蚀性能。过去主要采用低碳钢作为造船用钢。已大量采用普通低合金钢，已有的钢种如12锰船、16锰船、15锰钒船等钢种。这些钢种有强度高、韧性好、容易加工和焊接、耐海水腐蚀等综合特性，可成功地用来制造万吨远洋巨轮。工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢。 &&&&
渗碳钢、渗氮钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 &&&&
碳素；b.合金工具钢；c.高速工具钢。 &&&&
特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。 &&&&
桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等 &&&&
1.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)钢；(f)特定用途优质结构钢。 &&&&
2.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。 &&&&
3.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。 &&&&
7、按冶炼方法分类 &&&&
钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 &&&&
这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号是采用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数(wс×10000)。例如45钢表示钢中平均碳的质量分数为0.45%；08钢表示钢中平均碳的质量分数为0.08% \ &&&&
桥梁钢 &&&&
铁路或公路桥梁承受车辆的冲击载荷，桥梁钢要求有一定的强度、韧性和良好的抗疲劳性能，并且对钢材的表面质量要求较高。桥梁钢常采用碱性平炉镇静钢，成功地采用了普通低合金钢如16锰、15锰钒氮等。 &&&&
锅炉钢 &&&&
锅炉钢主要指用来制造过热器、主蒸气管和锅炉火室受热面用的材料。对锅炉钢的性能要求主要是有良好的焊接性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。常用的锅炉钢有平炉冶炼的低碳镇静钢或电炉冶炼的低碳钢，含碳量wc在0．16%～0.26%范围内。制造高压锅炉时则应用珠光体耐热钢或奥氏体耐热钢。也采用普通低合金钢建造锅炉，如12锰、15锰钒、18锰钼铌等。 &&&&
这类钢是专门供制造电弧焊和气焊焊条用。钢的成分随所焊材质不同而异。根据需要，大致分碳素钢、合金结构钢和不锈钢三类。这些钢的硫、磷含量ws、wP不大于0.03%，比一般钢要求严些。这些钢不要求力学性能，而只作化学成分的检验。 &&&&
不锈钢 &&&&
不锈耐酸钢简称不锈钢，它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的。简言之，能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质(如酸类)腐蚀的钢叫耐酸钢。一般说来，含铬量wcr大于12%的钢就具有了不锈钢的特点 &&&&
不锈钢按热处理后的显微组织又可分为五大类：即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体一铁素体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。 &&&&
耐热钢 &&&&
在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件。 &&&&
高温合金 &&&&
高温合金是指在高温下具有足够的持久强度、蠕变强度、热疲劳强度、高温韧性及足够的化学稳定性的一种热强材料，用于1000&C左右高温条件下工作的热动力部件。 &&&&
按其基本化学成分的不同，又可分为镍基高温合金、铁镍基高温合金及钴基高温合金。 &&&&
精密合金 &&&&
精密合金是指具有特殊物理性能的合金。它是电气工业、电子工业、精密仪表工业和自动中不可缺少的材料 &&&&
精密合金按其不同的物理性能又分为七类，即：软磁合金、变形永磁合金、弹性合金、膨胀合金、热双金属、电阻合金、合金。绝大多数精密合金是以黑色金属为基的，只有少数是以有色金属为基的 &&&&
注：Wc、Ws、Wmn、Wp分别表示C、S、Mn、P的质量分数 &&&&
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来源：　　作者：陈刚贺跃辉沈培智;
发动机活塞和缸套材料及其加工工艺研究现状　 目前,由于石油资源紧缺和环境污染,提高汽车发动机燃油效率、减少尾气排放已显得日益重要。车用燃油发动机的两大组件为活塞(主要是活塞与活塞环)和缸套,它们对材质的要求各有差异。活塞要求其所用材料具备高硬度、高耐磨性、耐高温、抗高温磨蚀以及稳定的热膨胀系数等特性;缸套则要求其材料具有耐高温、耐磨、耐压以及质轻等性能[1]。发动机性能的改善,势必对活塞和缸套在选材及加工方面提出更高的要求。目前,活塞和缸套的材料以铝合金为主[2?5],活塞环则以铸铁材料为主[6];在加工工艺方面主要通过铸造和表面处理[7?11]来加工活塞组件和缸套。1发动机活塞组件材料1.1活塞材料随着发动机向高速度、低能耗方向发展,采用优异的活塞材料尤为重要。目前,车用发动机活塞材料206粉末冶金材料科学与工程2009年8月以铝合金[4]为主,其他还有铸铁、铸钢[12]、陶瓷[13]、碳材料[14]等。铝合金的突出优点是密度小,可降低活塞质量及往复运动的惯性,因此铝合金活塞常应用于中、小缸径的中、高速发动机上。与铸铁活塞相比,铝合金活塞导热性好,工作表面温度低,顶部的积炭也较少。目前铝合金活塞材料大致分为4类:Al-Cu-N(本文共计8页)　　　　　　　　　　
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