活塞铝硅合金热处理方法，以及对于硬度和微观组织影响的深入研究

文丨清河叙编辑丨清河叙前言铝合金由于具有重量比低、活塞合金和微导热性好等特性 ，铝硅理方广泛应用于汽车工业，热处特别是法及发动机部件。我们对活塞铝硅合金进行了12种不同的对于热处理方法，研究了老化和淬火过程的硬度研究时间和温度对铝合金硬度值的影响。同时，观组我们还研究了上述处理方法对铝合金微观组织的织影影响。因此 ，深入我们通过光学显微镜来研究其微观结构的活塞合金和微变化 。与此同时 ，铝硅理方我们还进行了硬度测试来测量硬度的热处差异，对试验结果进行了讨论，法及以选择最佳的对于热处理参数，以提高硅和金属间相的硬度研究硬度值，从而获得更好的疲劳性能。热处理对铝合金硬度的影响研究目前，铝硅合金由于其刚度 、低密度、合适的导热性和等性能，在不同行业中得到了广泛的应用  。在内燃机中 ，活塞由于化学能转化为机械能而暴露在高温下。所以，在活塞中使用的铝合金至关重要，对发动机性能有显著的影响
。提高不同材料力学性能的一种方法是热处理，可用于铝合金
。对铝合金热处理的研究分为两大类 ，包括硬度的变化的微观结构和力学性能 。首先 ，我们对硬度值的影响进行探讨，使用了采用选择性激光熔化制造的铝合金
。并对其进行了两种热处理条件下的硬度值变化进行了研究。这两种热处理条件中 ，溶液处理是相同的，但第一个处理是通过将样品保持在120°C下持续24小时进行老化
，而第二个处理是在110°C下持续5小时，然后在150°C下持续14小时。与未进行热处理的铸造样品相比 ，经过第一次热处理后的铝合金硬度增加了约50%，而在进行双重老化处理后 ，这个增加值约为100%。热处理可以显著提高铝合金的硬度
，在热处理过程中 ，通过调整处理时间和温度
 ，我们可以实现不同程度的硬度增加 。这些结果对于优化铝合金的热处理工艺以及提高其力学性能具有重要意义。由于微观组织的细化，合金的硬度随着凝固率的提高而提高 。然而，在较高时间的热处理中，可以观察到轻微的下降，这是由于分散体和固溶体强化之间的平衡。在150◦C-175◦C溶液温度范围内 ，硬度和极限强度等力学性能有所提高
，但在200◦C溶液温度下
，硬度会下降，考虑了AA332铝合金对硬度响应的热处理影响。溶液处理是将样品在500◦C下保持5小时 ，然后在室温下的水中淬火，老化温度为170◦C，老化时间为2h，由于老化过程中形成的硬金属间层的存在，硬度比铸件增加了约44.84%。淬火可以显著提高铝合金的硬度值，与均质化情况相比，6082铝合金的硬度主要对冷却条件敏感 。并且 ，我们在水冷式试样中记录了硬度的最高值。活塞铝合金经过不同老化热处理后的硬度和微观结构性能，材料中存在不同的金属间相，包括AlNi相、Mg2硅相和Cu3Al相。其中上述的分布和形貌对所研究的合金的力学性能有重要的作用。我们讨论了处理后的微观结构变化对铝合金力学性能的影响  ，提供了处理对活塞中不同铝合金微观结构变化的影响
 。结果表明 ，在合金中凝固的最后一相是富铝铜相。这些相可以在大约505◦C或以下被识别出来，这也是树突粗化的末端 。观察铝-硅合金处理后的蠕变行为变化，热处理改变了铝合金的微观组织 ，影响了活塞合金的蠕变阻力 。在初始状态下形成各种细金属间相，如Al2CuMg和Al9FeNi可以显著提高2618铝合金的力学性能，铝合金在不同老化过程后的微观组织变化 。每次比热处理后，颗粒成分、颗粒形状和颗粒大小的范围很大 ，上述颗粒在热处理过程中逐渐增大
，没有明显的不连续变化 。锻造铝合金的热处理对其力学性能有影响 ，提高老化温度或溶液的温度会导致拉伸强度的提高 ，热处理对活塞合金力学性能的影响 。随着铝合金中硅含量的增加，断裂处的伸长率降低了 。各种老化效应对铝合金力学性能有影响，AA6061铝合金在200◦C下热处理2h后，得到了老化峰值条件。此外
，还测量了与老化有关的极限拉伸强度、屈服应力和延性的变化，并讨论了由热处理引起的微观结构变化。活塞铝硅合金广泛应用于发动机部件，其力学性能受到热处理的显著影响 。然而 ，基于行业的要求和限制，我们提出了一些新的适用程序，以缩短时间和成本
，作为新颖性。另一项创新是提出定量的统计分析  ，而不仅仅是定性的报告 。通过12种不同的老化处理，发现老化温度
、淬火温度和老化时间对活塞铝硅合金硬度和微观组织有影响，得到了最佳处理效果 。热处理对铝硅合金力的影响首先
，不同处理方法对试样OM微观结构的影响。所有样品的微观结构都包含β-硅相
，可以视为浅灰色区域，以及浅色区域的金属间相 ，另一个金属间相位在矩阵中以黑色图的形式出现。值得注意的是 ，浅色金属间区域为金属间沉淀物相，暗色金属间区域为Al-Fe相，这个α-Al基质围绕着硅相和金属间相 。对合金微观组织和性能进行了观察 ，金属间相的大小和形状受到不同热处理的影响。因此，我们测量了上述阶段的变化 。虽然淬火温度和老化时间对硬度没有显著影响
，但提高老化温度会使硬度值显著降低。相尺寸变化的结果表明 ，老化时间不是相尺寸的有效因素。此外，较高的淬冷温度导致更大的硅和金属间相面积。需要指出的是，金属间相面积的r2值较低，这可能是由于金属间相面积的最大值和最小值之间的高比值以及标准变化值的影响。此外 ，平方和的总和是3型部分 。另外，得到的F值表明该模型是显著的，只有0.01%和0.51%的概率是由于噪声产生的F值 。硅相面积的F值为1.27 ，由于噪声而产生F值的概率为29.69%。因此 ，提出的硅相面积模型与实验值之间没有显著的匹配  ，换句话说，输入因素与输出之间没有明显的相关性。此外，对微观结构的观察表明
 ，不同处理后硅相的尺寸发生了变化 。因此 ，我们放弃了硅相面积的模型，并转而研究硅颗粒的尺寸值，我们测量了硅颗粒的尺寸  ，并给出了回归模型。热处理对铝合金性能的影响模型f值为26.77表明该模型是相当可观的。由于噪声 ，这个大小的f值发生的概率只有0.01%
。在同一材料的其他工作中也观察到 ，热处理没有改变材料中硅相的总值，只有处理后的相尺寸发生了变化。在硬度结果的情况下 ，由于P值，小于0.0500表明模型项是显著的 ，A、B、AB和BC是重要的模型项。考虑到硅尺寸分析 ，B 、C 、AC、BC和C2分别为重要的模型项和在金属间阶段区域A是一个值得注意的模型项
。需要提到的是，A参数是水温 ，B项是老化温度  ，C项是老化时间
。为了确定变量和响应之间的关系
，可以使用回归分析 ，所得到的定义变量与所得到的响应之间的方程可用于预测不同条件下的响应值。上述方法是用于评价铝合金的各种性能，如屈服强度、冲击强度、硬度或疲劳性能。因此，根据参数报告得到的方程  。这些方程分别描述了硬度、硅尺寸和金属间相面积与水温、老化温度和老化时间之间的关系。最后的目标是在数学定量解中，除了定性分析之外，找到输入对输出的显著影响。在较高的老化温度下 ，硬度值显著降低，一般来说，老化温度越高
，会导致沉淀物运动学的增长。因此，老化温度的升高导致了降低硬度。随着老化时间的延长，硬度也会增加，这可以解释为金属间沉淀物随着老化时间的演化，以及沉淀物与位错之间的相互作用
。铝硅合金中除CuAl2外还可以是Mg2硅，这是过饱和固态溶液 。只有当铝合金在低于几内亚-普雷斯顿区溶剂的温度下老化时，才会发生完整的沉淀序列
。此外，在铝合金老化过程中 ，吉尼埃-普雷斯顿区形成了MgZn2金属间相。老化过程中硬度的变化可以分为空位团簇的成核
、吉尼埃-普雷斯顿区域的形成 、细颗粒强制沉淀的成核和生长等几个部分 ，它们与铝基体是半粘结的，这个问题导致了铝合金强度的增加。提高淬火温度或老化温度会导致硅颗粒的尺寸略有减小。尽管存在这个问题 ，我们观察到一个有趣的趋势，即硅粒子的尺寸与老化时间呈非线性行为，最初通过增加老化时间而减少，但在老化后增加。最后 ，考虑到由软件获得的最高硬度值和硅和金属间相的最小尺寸，以提高疲劳性能的最佳处理。建议的处理是在180◦C下老化7小时，在30◦C水中淬火，后一种处理的硬度约为174.33±0.47
。上述处理中硅颗粒的平均尺寸和金属间相的平均面积分别约为10.78±1.48%和2.86±0.97%考虑单因素变化表明，淬火过程和老化温度对金属间尺寸是有效的，增加这些参数提高了响应
。此外 ，降低老化温度和老化时间会增加硬度值 ，增加硬度可以提高拉伸性能、耐磨性和更好的疲劳行为。热处理对硅相面积变化的影响没有特定的趋势
，但硅尺寸的变化与所研究的处理参数，如老化温度
、老化时间和淬火温度显著相关
。在最低老化温度下获得了较高的硬度值 ，然而，提高淬火温度和老化时间可以提高硬度值。随着淬火温度和老化温度的升高，硅的尺寸减小。并且，硅的尺寸随着老化时间的延长而减小，但在非线性趋势下，硅颗粒随着后者的增大而变大。金属间相量并不代表反应的显著变化。然而
，我们观察到随着老化温度和老化时间的增加
，金属间相量略有下降的趋势，而较高的淬火温度则表现出相反的行为。结论通过优化老化处理条件，我们可以实现减小硅相尺寸和金属间相面积，同时最大化硬度值。根据我们的发现，我们提出以下最佳处理建议 ：老化处理温度为180°C
，持续时间为7小时，并在完成老化处理后进行30°C的水淬火。这些处理条件的优化可以帮助我们在金属合金中实现所需的微观结构和力学性能
。通过减小硅相的大小和金属间相面积 ，我们可以改善合金的硬度。此外
，通过适当的老化温度和时间以及淬火处理 
，我们可以进一步调控材料的性能 ，提供最佳的组织结构和力学性能
。这些建议可以帮助制造商和研究人员在实际应用中优化金属合金的处理工艺 ，以满足特定的性能要求。同时，这些结果还为进一步研究金属合金和热处理过程提供了有价值的指导，促进了该领域的发展和应用。

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