活塞是车用内燃机的关键部件,直接与高温高压燃气接触,且在润滑条件相对较差的缸套内进行高速往复运动,活塞顶部的第一环槽磨损极为严重。在活塞第一环槽中镶嵌耐磨铸铁圈,能减少磨损,延长活塞的使用寿命,但是铁与铝的材料性能相差甚远,活塞来回往复的同时,铸铁圈和铝活塞基体会发生脱层分离,降低铁铝结合层的质量。本文通过对结合层的微观特征和力学性能的测试,结合ABAQUS二次开发模块USDFLD模拟铁-铝结合层的成型过程,旨在获得渗铝工艺参数对结合层形成厚度和强度的影响规律,为高质量镶嵌活塞铁铝耐磨层的制造提供理论依据。首先,通过对镶嵌活塞铁-铝结合区域的微观组织进行观测,得到铁铝结合区域的金相组织图;其次,选取渗铝温度、渗铝时间、渗铝液中Si微量元素的含量为渗铝工艺参数,采用三因素四水平的正交试验设计进行试验,研究不同的渗铝工艺参数对结合层强度的影响,试验结果显示,渗铝温度对结合层强度的影响最大。再次,根据金相试验获得的相场视图,在ABAQUS前处理模块中建立铁铝之间的二维模型,借助USDFLD二次开发对铁-铝结合层成型过程进行模拟仿真,获得了渗铝温度和渗铝时间对结合层厚度的变化规律。最后,运用响应面法对结合层厚强度单一目标进行优化,建立了渗铝工艺参数对结合层强度的影响规律回归模型,并对拟合的回归模型进行方差分析。分析结果表明,以结合层强度最大为优化目标建立的回归模型拟合显著,能准确地找出最佳渗铝工艺参数,此时的工艺参数为:渗铝温度为769.90℃、渗铝时间为345s、渗铝液Si的含量为6%。