摘要
铸造铝硅合金具有密度小、比强度高、铸造性好、尺寸稳定性好和易于回收等诸多优点，符合当下汽车轻量化和节能减排的社会发展趋势。随着汽车工业的发展，对汽车发动机的性能有着更高的要求，传统的活塞合金的力学性能已经不能满足当下汽车工业发展的需要。因此，开发新型活塞合金，使其在高温尤其是350℃时有优异的力学性能，已成为亟待解决的热点课题。 本文以Al-10Si-4Cu-2Ni-Mg-0.02Sr活塞合金为基体，在保证材料室温力学性能的基础上提高材料高温综合力学性能为目的，采用微纳TiB2颗粒强化以及热处理工艺优化等方式提高材料的室温与高温力学性能。采用等离子直读光谱仪(ICP)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等分析手段，通过硬度测试、室温及高温拉伸性能测试、热膨胀性能测试等试验方法，系统地研究了TiB2颗粒以及热处理工艺对复合材料的组织以及性能的影响。 采用本课题组自主研发的熔体自蔓延高温合成的Al-TiB2中间合金与Al-10Si-4Cu-2Ni-Mg-0.02Sr合金重熔稀释，得到不同含量(0wt.％、2wt.％、4wt.％、6wt.％)的TiB2颗粒增强复合材料。TiB2颗粒可以显著细化晶粒，减小二次枝晶间距，当TiB2颗粒添加量为4wt.％时，二次枝晶间距减小了28.8％。当TiB2颗粒添加量为4wt.％时，复合材料室温与高温(350℃/20min)拉伸性能达到最佳，室温抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为347.2MPa、331.1MPa、0.79％;高温抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为94.5MPa、90.4MPa、8.7％。此时复合材料热膨胀系数在150℃、250℃、350℃、450℃时分别为19.46、20.93、22.79、21.86(10-6K-1),热膨胀性能达到最佳，并用克纳模型对复合材料热膨胀系数进行预测，得到预测值更接近实际测试值。 4wt.％TiB2复合材料最佳双级固溶制度为515℃/6h+530℃/1.5h。经过最佳双级固溶处理后，4wt.％TiB2复合材料中第二相最大程度回溶至基体，复合材料硬度达到峰值163.1HV,热膨胀系数与4wt.％TiB2铸态复合材料相比显著降低，固溶强化效果达到最佳。 4wt.％TiB2复合材料最佳时效制度为170℃/7h，相应的峰值硬度为204.1HV。峰时效状态4wt.％TiB2复合材料主要强化相为β"相、L相、S相以及少量的θ''相，其中L相具有优异的高温稳定性，是强化效果贡献最大的析出相。峰时效状态下4wt.％TiB2复合材料室温抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为390.7MPa、362.8MPa、2.4％;高温(350℃)抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为102.9MPa、92.8MPa、11.1％;此时4wt.％TiB2复合材料热膨胀系数在150℃、250℃、350℃、450℃时达到最低，分别为17.50、20.08、22.74、22.82(10-6K-1),热膨胀性能达到最佳状态。4wt.％TiB2复合材料室温最佳性能匹配模式为析出相与TiB2颗粒协同强化，高温最佳性能匹配模式为L相与TiB2颗粒载荷传递强化。
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