【doc】铝活塞强度硬度和体积稳定性的相互制约

【doc】铝活塞强度硬度和体积稳定性的相互制约 铝活塞强度硬度和体积稳定性的相互制约 铝活塞强度硬度和俅耘稳定性曲相互韵约 本文在简论铝活塞时效强化机制的基础上,着重讨论了活塞强 度,硬度和体积稳定性之间酊相互制约关系.同时给出了较为详细的 试验结果及其对活塞正常工作的影响. 主囊饲:铝活塞强度硬度体积稳定性 一 ,强度,硬度与体积 稳定性的关系 迄夸为止,我国通常采用的所有铝活塞 材质均为铝硅系合金,其中80"--90%为共 品铝硅台金,大多采用钠变质处理,如 ZLt08,ZLI.(~9铝硅共晶型合金即是.亚共 晶铝硅合金用量不大,没有增加的趋势,如 ZLtl0合盘.这类合金的活塞上述几项关键 性能的改变是通过热处理工艺来实现的,尤 其时效强化过程起决定作用.前面所述几种 铝硅台金中,均台有能生成强化相的硅 铜.镁合金元素.时效强化过程如下: 活塞经过固溶处理后,使强化相合金元 素在固溶律内呈不稳定的过饱和固洛组织状 态,此时强度,硬度都不高(ZLIl0台金的 的活塞.由于含铜高,在铸态下通过金属模 及空气玲却,按合金本身相图特性,是可以 得封过饱和固溶组织状态的),接着进行时 效强化处理.强化一般分几个阶段进行:开 始固溶体点阵内原子重新组合,溶质原子形 成富集IE.这是形成第二相(强化相如p: M''Si)的准备阶段,此时将伴随着—定的 定阵畸变,使合金的机械性能(主要是强 度,硬度)有所提高,通常这一过程称为 GP区的形成随着强化相台金元素的 继续富集与有序化,就会形成与固溶体呈共 格关系而弥散分布的中同亚稳定相,此时由 于区域尺寸也较了,周围应变区也随着扩 大了,对位错运动的阻碍也增大了,强化效 果最明显.时效继续进行,中间亚稳定相就 会逐渐由于强化相合金元素的再度富集而形 成与固溶体基体呈共格关系的相,其成份 接近第二相.最后完全脱离固溶体基体,单 独形成第二相,第二相质点再聚集长大,这 样由于共格应变的逐渐消失,对位错运动的 140 ? 95 O 图l硬度随时阃和温度的应 变关系定性简固 邓 一约一一一一一 一蚓一埘一性一.一一一稳一要一一一徘一提一度一一卿一一麒一一强一一一活 一锄一 经验吏流?1991丰弟2期-文第94期 囊1.几种铝台金时效强化过程 和穗定强化相 溶质溶剂时散过程稳定强化棰 原子 ?.GP区的形成, ?中间0相的形成.e AlCu?中间0相的形成 .(CuAlI) ?e相析出. ?富镁,硅的"Gp" Mg 的形成,B Al@有序的B相的形S i(MgISi)成 , @B相的析出. ?富镁,铜的GP" AlMg区计形成,S Cu@S相的形成,(AlICuMg @S相的析出 阻力就不大了,导致了合金软化.上述几种 铝合金其时效强化过程和稳定强化相见表 1. 如果仅看时效强化过程中硬度随时问, 温度的应变关系.可用一直角坐标阻定 性说明(见图1):即在时散开始阶段形成 "GP医,硬度提高.形成亚稳定相时硬 度最高.当中间亚稳定相逐渐转变成稳定强 化相又相继聚集长大,则硬度逐渐下降(显 然,强度也随之相应变化).实际上时效强 化过程中几个阶段都是交替进行的,并无明 显分界线.但硬度随时间,温度应变规律原 理上是这样的,实际上也是吻合的. 应变曲线上有上升"l及下降I" 两段穿过活塞硬度合格医.l-段区内, 合金组织处于很不稳定状态,当活塞在内燃 机中正常工作时,工作环境温度为20O 300?,显然内在组织也会相应发生变化, 因而『起宏观尺寸的变动,反映为体积稳定 性差了.I段医内,台金组织虽然也处于不 稳定状态,但较接近稳定的第二相组织,相 对来说组织变化就要小些.按推理在I 段区内,硬度下降更低一点,组织变化就会 更少些,这反映到体积稳定性上就使其更好 些.笔者为此专门作了相应的工艺试验. 二,工艺试验及结果 试验中对台金化学成份,铸造状态.固 溶处理作了相对稳定,只观察活塞硬度,体 积稳定性在时效强化中随温度,时间的应变 状态及在同等条件下强度变化状况.体积稳 定性的测定是用东德蔡司万能觏I长仪在依照 GB1I48—74"的规定中进行的. (1)试验活塞机型及台金 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 见表 2. (2)在生产现场同一班同一炉铝水 中分别各抽取36只活塞毛坯,3只一组.分 别组成l2组.ZL108合金的活塞毛环同炉固 溶处理,ZLIlO合金的活塞毛环不同溶处 理. (3)时效过程均采用三个级别的时效 温度(200?,210?,22o?),四个级别 的保温时间(4小时,6小时,8小时.1o 小时).用正交法试验. 通过试验后,对试验数据进行了全面归 纳分析,各组活塞间硬度,体积稳定性随时 效温度,时效时间相互应变规律明显,图2 为三种机型活塞各自一组变化曲线相关匿. 合金的化学成份见表3. 寰2.活毫机型厦台金树科 机型东方红75176FlX105抽样数 合金ZL11oZL10836只 裹5.两种合金的化学戚分衰 合金SiCuMEMnFeAl ZL-Ju( 1 X 75 I F 05 ) il.881.80.690.5i0.42余 嘶嘶嘶嘶嘶 ZLIIOI~ 一 "5,546.370,-410,420,4I余i 嘶嘶嘶嘶嘶 铝活塞强度,硬度和像耘穗定性的相互制约 2oo?2IO?zzoB 鸯:方troTS (2t0'g) tHe[-18 囤2 2O e$l 021 OJ 200?2lO? Xl06 埽 0'I10 口2lO. Ol蚰. D- ?O3IJ 一 02? . O1n 碰度应变曲甥HB (8,l,H)lAD 2oO?2lO.2相? l76F l'lleH8H10H4H6fIBH10H 三种机型活塞不同时效工艺参数时效后硬度, 体积稳定性应变相关囤. 从匮申明显看出,当时效温度或者保温 对间—定,而延长保温时间或者提高时效温 度,硬度均有所下降,体积稳定性却相应提 高了.常温强度自然也随着硬度起相应的变 化,而在内燃机中,铝活塞正常工作时起实 际作用的高温强度却不受影响,如表4. 囊4.两种试验机型活塞强度对比衰 硬度I常温高温机型时效工艺参数 (HB)i强度强度 Xl05l08i22.5,379.4 彖方红220"c/4JJ~时 一7.5108l186,997.7 三,结论 当然,对强度起作用的影响因素还有铸 造缺陷,变质效果,金相组织中铁相夹杂物 多少等,但是在其他方面均相当的情况下,普 遍起关键作用的是时效强化效果.综上所述, 常温强度,硬度体积稳定性这几项铝活塞的 关键性能,它是成反变关系相互并存的 这种内在关系往往被忽视,人们为了铝 .03 .O2 .0I 活塞在内燃机这种特定的恶劣条件下经久耐 用,就有意思地提高强度,硬度.粗看起来 是台理的,但按上述分析的实际性能并存关 系来细究,这方面性能提高了,体积稳定性 就差了,尤其亚共晶铝硅合金的活塞更明 显,这样活塞在工作时由于本身尺寸的变 化,会更易拉缸,卡缸,严重时甚至会断 裂,如果对此分析不当,仍认为是强度,硬 度不高,再在这方面提高 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,会造成恶性 循环.实质上,在高温工作条件下的活塞, 用不了多长时间,时效强化效果已经失去 了.笔者多次测定过国内外用过后铝活塞, 硬度均为HB7o左右,当然强度也相应降低 了.而实际在起作用的是铝活塞的高温强 度,而高温强度与常温强度无甚关系.从表 4中可以看出,X105机型活塞常温强度高于 东方红一75机型活塞,而高温强度则相反 另一起作用的性能即是活塞的体积稳定性, 在温度变化的工作环境中,此项关键性能 差,就易拉缸,卡缸,从而承受由此而附加 (下转73页) 74经验交流?1991年第2期?总第94期 小,工作可靠,故障率太为减小. (2)微型控制器因控制方式不同,能 克服脉冲型步进程序控制因输入触点的抖动 而发生误跳程序的缺点. (3)由于采用了CMOS集成电路以及 输入输出接口电路采用光电偶合器件,增强 了抗干扰能力..一 (4)由于控制器的程序可骗,西此具 有变化程序l的炅活性,使用者只要把要求执 行的程序以语甸的形式储存机内,控制器就 能正常工作.这样当生产条件变化时,只要 变更控制器的软件,郎重新编写和储存程序. 语句,而作为控制器本身的硬件,抛无需作任 何变动,体现出灵活可编程序的优越性. (5)该微型制器分别其有32点输出 和输入,能接受较多的输入条件和控制较多 司鬻 的输出对象,这对于控制更为复杂的生产条' 件提供了丰富的潜力. 五,结束语 通过七年多来一位微型工业控制器在我 厂S195主轴瓦摩擦焊机上使用实践证明, 和J用微机对该设备的改造是成功的.七年 来,该机共摩焊工件近二百万只,除输出驱 动部分外,主机部分保持无故障 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ,工作 稳定,性自B可靠,大大减少了停机维修时 间,提高了劳动生产率.同时抗干扰B刃 ,均能正常 强,热稳定性好,在低子40"C下 工作,由于控制器可靠地工作,使工件的摩 焊成品率均能保持在95嘶以上,减少了废品 损耗,给企业带来了一定的经济效益. (上接57页) 给活塞的外力,此外力过大,就易使活塞损 坏.反之,活塞工柞起来就根顺利不承受 这附加的外力,活塞其他性髓相同,使用效 果就好.否则由于提高了强度,硬度,又要 不使活塞拉缸,就只好加大配缸间晾,那么 势必带来另一些不如后果,.如易敲缸,油耗 增大,效率降低等.由此可见,在目前我国 尚大量使用的铝活塞,从实际出发,要尽 量少用亚共晶铝硅合金的材质.共渣铝硅合 金的铝活塞,在几项关键性能上要搭配相 宜,不能单一地提高某一方面前标准,面忽 视了另一方.笔者认为,在首先要求铝活塞 体积稳定达到标准的前提下,常温强度,硬 度够标准合格即可.因为常温的机械性能在 活塞正常工作时已不复存在,起作用的是高 温性能.但没有一定的常温机械性能,活塞 鬻 也无法加工制作. 当然,能提高高温性能,又不降低铝活 塞的体积稳定性,这是最理想的,也是今后 工作努力方向.目前已有一些先进的工艺方 法,如用磷变质代替钠变质,使共晶铝硅合 金的组织状态予以改变是见效的.另外,用 过共晶铝硅合金(含17~24呖Si)材质来 制造韬活塞也是很有成效的. 参考资料 (1]陆树苏顾开遭,郑来苏,有色 铸造合金及熔炼国防工业出版社出 版. (2]黄积荣主编."铸造合金金相图谱", 机械工业出版社出版.