引反疲劳裂纹的分析和活塞铝合金模型铸造的S.doc

引反疲劳裂纹的分析和活塞铝合金模型铸造的S-N回应 材料科学与工程 Thomas O .Mbuya, Lan Sinclair ,Andrew .J, Moffat, PhilippaA.S .Reed 摘要 为了提供在一个合适的环境下的实际模拟，在过100个小时260摄氏度时效下的模型Al7 Si - Sr和Al0.7 Si活塞合金引发疲劳裂纹的和S - N的疲劳行为已经被研究。结果表明，庑殿没有影响Al7 Si - SR的S - N的行为 。即使在没有庑殿的区域，该合金孔隙度低，这是由于缺乏显着的孔隙度分布变化。然而，由于孔隙度显著减少的。庑殿在很大程度上改善了疲劳性能合金Al0.7 Si，在本次调查中，据观察，在两个庑殿合金，引发疲劳裂纹，其孔隙率呈现无能现象。相反，观察疲劳裂纹主要来自金属间化合物颗粒（尤其是AL9?FeNi相）两种合金，有时来自氧化物颗粒Al0.7 Si合金。在庑殿Al0.7 Si金属间化合物集群，疲劳开裂也经常出现。疲劳寿命分散现象被研究讨论，由疲劳裂纹引起的颗粒和整体的粒度的分布遵循幂律分布函数的。 关键词：铸造铝活塞合金裂纹萌生;疲劳;金属间化合物;铸造缺陷 1简介 轻型车为了提高性能的需求用柴油发动机，必然伴随着设计一个新的合适的材料的发动机部件，由此能够承受日益严重需要的 HYPERLINK /science/article/pii/S0921509311006599 \l ref_bib0005 服务环境[1]。此外，该材料必须仍然燃油效率尽可能符合环保法例的要求，因此必须减少碳氢化合物的排放 。历来轻型汽车发动机的活塞是含有典型的共晶硅合金?1-3％铜铸造，?1-2％镍，?1％的镁及其他微量元素[2-4]。然而，活塞工作需要在最高温度可达400 ° C和峰?20兆帕的压力下，有必要发展新合金含有更高的铜（?4％）和Ni（?3％）的含量，以确保足够的高温疲劳 HYPERLINK /science/article/pii/S0921509311006599 \l ref_bib0025 性能[5?] 。通过扫描电子显微镜（SEM）和同步辐射X射线断层扫描（SRCT）有显示一个复杂的三维（3D）互连的硅粒子的微观结构和金属间化合物的几种类型（例如，AL9FeNi，AL7CU4NI和AL3(CUNI)2）对这些合金疲劳失效的微观结构影响的机械特性是具有挑战性的，但他们的成功应用也是必需的。 乔伊斯等人以前的工作的研究表明，在室温和高温（200 ° C和350 ° C）附近的两个共晶活塞合金的疲劳裂纹的引发主要发生在初级Si颗粒。他们没有观察到，尽管是在毛孔直径?100微米观察和低铜（0.94％）和镍（0.96 wt％的）的合金之一，引发疲劳裂纹的任何孔隙度，然而，约20％的疲劳引发事件被观察到在AL3(CUNI)2金属间化合物集群颗粒,但只有在室温下与更高的铜（3.1％）和镍（2.27 wt％）含量的合金 。作者认为，金属间化合物粒子可能主宰初级Si颗粒以减少疲劳性能。莫法特等，调查共晶铝硅活塞合金中的12.45％硅，3.9％的铜和2.8％镍，如表1所示，并证实，疲劳裂纹的引发不仅发生在初级Si颗粒也在几种金属间化合物。主要出现在引发疲劳裂纹的金属间化合物，如Al?9 FeNi，虽然其他如Al7?CuNi和Al3（CuNi）2，观察相邻裂纹引发的区域。此外，经常被观察到的小孔隙（最大尺寸?50-75微米）的金属间化合物是在起始位点 HYPERLINK /science/article/pii/S0921509311006599 \l ref_bib0035 [7]?。 莫法特等进一步调查研究，其他三个模型类似的合金含量的合金的疲劳行为，除了减少硅含量6.9 wt％到（未修改和Sr的修改）0.67％wt（见表1）。为修改Sr含有6.9％wt硅合金，作者观察到裂纹引发事件发生Al9FeNi和Al3（CuNi）2颗粒。500微米大的毛孔也被观察引发疲劳裂纹，有时也被认为金属间化合物如Al3Ni2。未修改的合金表现出类似的引发行为，虽大共晶硅粒子还观察到引发裂缝和裂纹发起毛孔相对于修改后的略小。然而，在低Si合金（0.67％SI），疲劳裂纹发起完全由孔隙。在某些情况下，AL 9FeNi和Al?3（CuNi）2颗粒引发毛孔间隙。此外，虽然短期的疲劳裂纹观察到与所有合金金属间化合物的强烈互动，在低Si合金多孔地区显著的影响他们的行为 。 莫法特等人的工作主要是研究在引发疲劳裂纹降低硅的含量与金属间化合物颗粒硅粒子的作用（尤其是AL9 FeNi阶段）采取更为主导作用，这是显而易见的，但是，硅的减少也伴随着增加的孔隙率（由于 HYPERLINK /science/article/p