專利名稱：：用于澆鑄具有無(wú)襯套汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)組的耐磨鋁合金的制作方法用于澆鑄具有無(wú)襯套汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)組的耐磨鋁合金發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及可以4吏用4氐成本低壓砂型鑄造(lowpressuresandcasting)方法澆鑄成用于具有良好的機(jī)械性質(zhì)和耐磨損和刮擦性質(zhì)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的高質(zhì)量鋁汽缸體(cylinderblock)的鋁合金；因此依照本發(fā)明該發(fā)動(dòng)機(jī)組(engineblock)可以在不需要為了具有有效的汽缸壁而插入鐵(或昂貴的鋁)襯套的情況下制造。發(fā)明背景大多數(shù)由鋁合金制成的汽車和飛機(jī)汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)組目前都是通過(guò)使用砂型芯(sandcore)將該汽缸體澆鑄到石英砂型中并插入一組鑄鐵襯套以形成汽缸-活塞接觸表面而制成的。其它用于澆鑄汽缸體的方法包括重力半永久鑄型、高壓模鑄、低壓模鑄、消失模工藝(thelostfoamprocess)斗口4告石少包鑄型(zirconsandpackagemold),且該^H"套可以4乍為"鑲鑄"或"壓入"而插入。更近一些，在幾種高端鋁發(fā)動(dòng)機(jī)組中，已經(jīng)用由鋁制成的襯套代替了鑄鐵襯套。然而，目前可以得到的為滿足這種鋁汽缸襯套的需求所需的Al合金的高成本阻礙這種合金用于澆鑄該鋁發(fā)動(dòng)機(jī)組的其余部分(如果其用于該發(fā)動(dòng)機(jī)組的剩余部分，也會(huì)有一些負(fù)面的物理性質(zhì))。盡管其具有較小的重量和較大的冷卻優(yōu)點(diǎn)，但這種Al合金的成本，甚至在限于用作襯套時(shí)，也會(huì)阻止其普遍用于代^#4失才于#。然而使用襯套的實(shí)踐需要許多工藝和材料測(cè)量，如果能夠在沒(méi)有所指出的缺點(diǎn)的情況下將其消除，其將對(duì)汽缸體制造提供很多優(yōu)點(diǎn)。例如，將消除襯套的存量，由鋁本體和襯套之間的粘合性差造成汽缸體的廢品率將會(huì)降低，用于預(yù)加熱襯套的能量消耗也將消除，澆鑄方法將簡(jiǎn)化。目前，通過(guò)電感應(yīng)進(jìn)行襯套的預(yù)加熱，其消耗時(shí)間且為整個(gè)澆鑄方法增加了復(fù)雜性。就鐵襯套而言，前述所有描述尤其確切。因此存在對(duì)在鋁發(fā)動(dòng)機(jī)澆鑄中消除對(duì)襯套的需求由此克服現(xiàn)有技術(shù)的這些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)缺點(diǎn)的鋁合金組合物和澆鑄方法的需求。從專利和技術(shù)文獻(xiàn)可知添加到鋁中的超出共晶組合物的硅會(huì)提高該合金的硬度并因此提高其表面的耐磨性。然而僅提高合金中Si的含量不會(huì)為該鑄坯(castblock)提供所有所需的性質(zhì)(關(guān)于耐磨性、可加工性、可鑄造性和其它機(jī)械性質(zhì))。這些所需的性質(zhì)都是由該固化鑄件內(nèi)形成的微結(jié)構(gòu)類型決定的。在與鋁成為合金時(shí)，Si提出的另一個(gè)工藝問(wèn)題是其增加了大大提高的熱容量，在固化過(guò)程中必須將其從合金中散放掉。這導(dǎo)致了不均勻的冷卻，特別是在大的復(fù)雜鑄件(例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性質(zhì)中存在問(wèn)題。J、''、"、以下描述了申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)的關(guān)于合金組合物和澆鑄方法的一些相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)專利1978年1月17日頒發(fā)給DavidCharlesJenkinson的美國(guó)專利4068645教導(dǎo)了可以用鍶和/和鈉改性過(guò)共晶Al-Si合金的微結(jié)構(gòu)以通過(guò)包含至多約4wt。/。的鎂而達(dá)到在70-150范圍內(nèi)的布氏硬度。該專利教導(dǎo)了所需的微結(jié)構(gòu)必須避免生成初生鋁或初生硅相，以及教導(dǎo)了必須由高體積份數(shù)的微細(xì)分散的共晶硅，其為澆鑄制品提供了耐磨性。依照該專利，通過(guò)謹(jǐn)慎選擇和組合以下四個(gè)參數(shù)(a)硅含量，(b)改性劑含量，(c)固化過(guò)程中生長(zhǎng)速率和(d)固化過(guò)程中固/液相間處的溫度梯度，提供了所需的微結(jié)構(gòu)。公開了提供所需微結(jié)構(gòu)的上述四種參數(shù)的幾種組合。然而該專利的教導(dǎo)適用于永久和半永久鑄型澆鑄方法，其中可以通過(guò)對(duì)不同區(qū)域的鑄型的冷卻速率進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)受控的溫度梯度，但并不適用于石英砂型澆鑄方法(其中在傳統(tǒng)上固化速率僅能夠通過(guò)添加從該鑄型中的液態(tài)鋁中吸熱的熱型芯來(lái)改性)。該專利顯然教導(dǎo)了遠(yuǎn)離冷硬鑄造(chill-casting)以實(shí)現(xiàn)所需的初生Si和初生Al相的不存在。1984年2月28日頒發(fā)給DavidM.Smith等的美國(guó)專利4434014教導(dǎo)了由以下組合物實(shí)現(xiàn)了澆鑄制品在耐磨性和可加工性方面的性質(zhì)，該組合物包含12-15%Si、0.001-0.1Sr、0.1-1.0Fe、1.0-3.0Ni、0.1-0.8%Mn和其它組分。該專利還教導(dǎo)Ni、Fe和Mn可彼此互換，范圍如下Fe+Mn為0.2-1.5%;Fe+Ni為1.1-3.0%;和Fe+Ni+Mn為1.2-4.0%。添加鈦用于改進(jìn)該合金的可澆鑄性和機(jī)械性質(zhì)。然而由于高含量的Ni，與具有小于約0.4-0.8%Ni的本發(fā)明的合金不同，該合金具有高的成本。因此較低濃度的Ni使本發(fā)明的合金特別更有竟?fàn)幮浴?987年3月10日頒發(fā)給KasuhikoAsano等的美國(guó)專利4648918教導(dǎo)了具有包括以下組成的耐磨損鋁合金7.5-15%Si、3.0-6.0%Cu、0.3-1.0%Mg、0.25-1.0%Fe、0.25-1.0%Mn，和余量為A1和其它組分。該專利的合金涉及改進(jìn)鑄錠的可擠出性、可鍛性和機(jī)械性質(zhì)。Cu含量高于本發(fā)明的合金，該合金的熱處理和最終加工與本發(fā)明的砂型鑄造(sandcasting)方法相差4艮遠(yuǎn)。1991年5月28日頒發(fā)給JohnBarlow等的美國(guó)專利5019178公開了由必要地由以下構(gòu)成的熔體制造的鋁-硅襯套的制造方法14-16%Si、1.9-2.2%Cu、1.0-1.4Ni、0.4-0.55Mg、0.6-1.0%Fe、0.02-0.1%Sr和0.3-0.6Mn。該專利的合金在該澆鑄方法的固化階段過(guò)程中在壓力下形成汽缸襯套。該專利并未教導(dǎo)或建議整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)組由該要求保護(hù)的合金在低壓砂型鑄造方法中制成。1993年6月8日頒發(fā)給JohnA.Eady等的美國(guó)專利5217546公開了含有以下的免鑄過(guò)共晶Al-Si合金12-15%Si、大于0.10%Sr、大于0.005%Ti、1.5-5.5%Cu、.00-3.00Ni、0.1-1.OMg、0.1-1.0%Fe和其它組分。依照該專利，所得到的微結(jié)構(gòu)使得生成的任意初生Si基本均勻分散且基本沒(méi)有偏析，該微結(jié)構(gòu)主要包含共晶基體。然而該專利的合金依賴于Ti和過(guò)量的Ni,這使合金過(guò)于昂貴以致不能用于有竟?fàn)幮缘卮罅恐圃彀l(fā)動(dòng)機(jī)組。1994年5月31日頒發(fā)給KevmP.Rogers等的美國(guó)專利5316070教導(dǎo)了用于在永久鑄型中受控澆鑄過(guò)共晶Al-Si合金的方法。永久鑄型可以完全裝備冷卻系統(tǒng)和精確的溫度控制，以使可以實(shí)施預(yù)先確定的固化程序，因此可以實(shí)現(xiàn)該澆鑄件的所需微結(jié)構(gòu)。該專利的教導(dǎo)不能應(yīng)用于砂型鑄造方法。1996年1月16日頒發(fā)給KevinP.Rogers等的美國(guó)專利5484492公開了過(guò)共晶Al-Si合金，其必要地具有選自第一組元素的至少一種元素0.005%直到0.25%Cr、Mo、Nb、Ta、Ti、Zr、V和Al;選自第二組元素的至少一種元素0.1-3.0%Ca、Co、Cr、Cs、Fe、K、Li、Mn、Na、Rb、Sr、Y、Ce、鑭系元素和錒系元素；和第三組元素12-15%Si、1.5-5.5Cu、1.0-3.0%Ni、0.1-1.0%Mg、0.1-1.0%Fe、0.1-0.8%Mn、0.01-0.lZr、0-3.0%Zn、0-0.2%Sn、0-0.2%Pb、0-0.1%Cr、0.001-0.1%Sr或Na、最大0.05。/qB、最大0.03。/QCa、最大0.05%P和最大0.05%的晶基體。與之'相反:本:明使用了不同和較:的Ni〕圍(最大。.8%):根據(jù)申請(qǐng)人的了解，以下三份專利(已轉(zhuǎn)讓給Comalco)分別都沒(méi)有商業(yè)化。2002年6月4日頒發(fā)給JonathanA.Lee等的美國(guó)專利6399020公開了適用于高溫應(yīng)用(例如活塞和其它內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用)的鋁合金，具有以下組成11.0-14.0Q/oSi、5.6-8.0Q/qCu、0-0.08Fe、0.5國(guó)1.5Mg、0.05-0.9Ni、0-1.0Mn、0.05陽(yáng)1.2Ti、0.12-1.2Zr、0.05-1.2V、0.05-0.9Zn、0.01-0.1Sr,余量的Al。在該合金中，Si/Mg比為10-25,Cu/Mg比為4-15。本申請(qǐng)和Sr的含量。由于Sr是昂貴的元素，因此本發(fā)明的合金更有成本竟?fàn)幮?。此外，本發(fā)明不包括Zr和V,且具有最大值為0.3%的Mg。分別于2003年7月15日和2005年7月19日都頒發(fā)給JonathanA.Lee等的美國(guó)專利6592687和美國(guó)專利6918970公開了鋁-硅合金，具有以重量百分比計(jì)的以下組成14-25.OSi、5.5-8.0Cu、0.05-1.2Fe、0.5-1.5Ni、0.05隱0駕n、0.05隱1.2Ti、0.05-1.2Zr、0.05-1.2V、0.05隱0.9Zn、0.001-0.1P,和余量為鋁。該'970專利的合金具有更長(zhǎng)范圍的Si(6.0-25.0%)和Sr(范圍為0.001-0.1)。Si/Mg比為10-25,Cu/Mg比為4-15。該合金具有作為關(guān)鍵元素的Ti、V和Zr，其通過(guò)形成具有Ll2晶體結(jié)構(gòu)的A13X型化合物改變了該鋁基體的晶格參數(shù)，其中X表示Ti、V或Zr。都以HerbertWilliamDoty名義呈現(xiàn)的2005年7月26日頒發(fā)的美國(guó)專利6921512和2005年9月15日公開的美國(guó)專利公開號(hào)2005/0199318公開了適用于澆鑄和加工用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體的鋁合金。該合金以重量計(jì)包括9.5-12.5%Si、0.1-1.5%Fe、1.5-4.5%Cu、0.2-3%Mn、0.1-0.6%Mg、最大2.0。/q的Zn、0-1.5%Ni、最大0.25。/。的Ti、至多0.05%的Sr,余量為鋁。該專利權(quán)人的發(fā)明的重要特征是Mn與Fe的比例。當(dāng)Fe含量等于或大于0.4%時(shí)，Mn/Fe重量比為1.2~1.75或更高；當(dāng)Fe在合金中的含量小于0.4%時(shí)，Mn/Fe重量比為至少0.6~1.2。相反，本發(fā)明中的Si范圍為13-14%。Al-Si合金中所需的微結(jié)構(gòu)是由固化過(guò)程中的生長(zhǎng)速率和溫度梯度的正確結(jié)合制造的。本文中引用的文獻(xiàn)(包括前述專利)和本文中引用的文獻(xiàn)中引用或參考的所有文獻(xiàn)都通過(guò)參考引入此處。在本發(fā)明的實(shí)踐中可以使用通過(guò)參考引入本文中的文獻(xiàn)或其中的任何教導(dǎo)。發(fā)明概述和目的本發(fā)明的目的是提供適用于使用石英砂型和型芯以澆鑄具有加工、澆鑄和耐磨性質(zhì)的所需結(jié)合的發(fā)動(dòng)機(jī)組也為了不需要耐磨襯套的低壓澆鑄方法的新型過(guò)共晶Al-Si合金。本發(fā)明的另一目的是提供這種用于制造可與目前大量制造的具有鐵襯套的鋁發(fā)動(dòng)機(jī)組有竟?fàn)幮缘木哂袩o(wú)襯套汽缸的鋁發(fā)動(dòng)機(jī)組的新型Al-Si合金。本發(fā)明的另一目的是提供制造具有避免需要由不同合金或金屬制造的汽缸襯套且還比由現(xiàn)有技術(shù)中存在的過(guò)共晶Al合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件更容易加工的機(jī)械性質(zhì)的改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件的新型Al-Si合金。從以下優(yōu)選實(shí)施方式和附圖的描述中，本發(fā)明的其它目的將被指出或?qū)@而易見(jiàn)。此處描述和要求保護(hù)的提出的發(fā)明是鋁-硅合金組合物，其在澆鑄時(shí)滿足汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)組所需的制造和性能條件，且進(jìn)一步可以使用低成本澆鑄方法(例如石英砂型)澆鑄。本發(fā)明的合金包括(以重量百分比計(jì))13%-14%Si;2.3%-2.7%Cu;0.1%-0.4%Fe;0.1%-0.45%Mn;0.1%-0.30%Mg;0.1%-0.6%Zn;0.05%-0.11%Ti;0.4%-0.8%Ni;0.01%-0.09%Sr;和余量為鋁(除了少量的任意痕量元素、雜質(zhì)、殘余物和其它組分，其在該聚集體中被稱作"剩余物(remainder)",并以不足以顯著影響該合金用于其所需目的的功能(包括其耐磨性)的含量存在)。圖1顯示了由本發(fā)明的合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件的無(wú)襯套鋁汽缸表面得到的微結(jié)構(gòu)(100pm)的顯微照片。圖2顯示了由已知為A390的合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件的無(wú)襯套鋁汽缸表面得到的微結(jié)構(gòu)U00pm)的對(duì)比顯微照片。圖3是示意性的Al-Si合金的相圖，顯示了與現(xiàn)有技術(shù)稱作A380、A390、A413和DuraboreTM(美國(guó)專利號(hào)6921512示例性獲知的GM合金)的合金相比，本發(fā)明的合金的優(yōu)選Si含量范圍。具體實(shí)施例方式盡管此處將本發(fā)明描述為用于通過(guò)低壓砂型鑄造方法澆鑄鋁合金汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)組，但應(yīng)理解在其更寬泛的方面，其也可以用于其它需要類似性質(zhì)的鑄件類型以及其它澆鑄方法。已知汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件所用類型的合金中硅濃度的提高通常會(huì)提高所得到的鑄件的硬度和耐磨性，并且已知其最終性質(zhì)取決于該鑄件的冷卻速率。傳統(tǒng)的特征為低壓填^t的砂型鑄造方法(例如Cosworth方法(以及未商業(yè)化的Comalco方法))使用具有高濃度硅的合金不能制造出好質(zhì)量的汽缸體，主要是因?yàn)樯拌T型和型芯所提出的控制固化速率以及因此鑄件的微結(jié)構(gòu)的困難。當(dāng)使用現(xiàn)有技術(shù)的具有高Si含量的鋁合金時(shí)，該汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)組的較厚和較薄部分相結(jié)合的復(fù)雜幾何形狀造成具有初生硅相的不合意晶粒和尺寸分布的初生硅相的生成以及鑄件的高孔隙率水平。與高Si濃度合金的使用相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是其熔化熱與亞共晶合金相比為高，因此該砂鑄型必須能夠應(yīng)付和散放固化過(guò)程中的高放熱。待制造的鋁合金汽缸體需要嚴(yán)格控制的特征和機(jī)械性質(zhì)，以按現(xiàn)代交通工具中所期望的那樣進(jìn)行操作。無(wú)襯套插入件的汽缸體在運(yùn)行表面中必須具有高耐磨性和承受那些具有高峰值燃燒壓力的發(fā)動(dòng)機(jī)中的大約100-200巴的高壓。孔隙率水平必須低于1%,在運(yùn)行表面中的最大孔尺寸必須低于500微米。還需要該鋁合金具有高導(dǎo)熱性，以維持從發(fā)動(dòng)機(jī)的熱區(qū)到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻液的高傳熱速率，以及具有對(duì)該冷卻介質(zhì)的良好抗腐蝕性。高效現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)還要求澆鑄發(fā)動(dòng)機(jī)組的合金在高溫下(在180-200x:范圍內(nèi))具有高強(qiáng)度和高抗疲勞和高抗蠕變性。使用亞共晶合金的方法目前的挑戰(zhàn)在于加工高硅合金意味著工具的更大磨損和高加工成本，例如在A390合金的情況下。在本發(fā)明的方法中，抑制了初生硅的生成，這導(dǎo)致了盡管其具有高硅含量，但具有完全共晶的微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的鑄件的這種微結(jié)構(gòu)特征確保了良好的可加工性。工具壽命可與加工A356合金相比較，但具有優(yōu)越的表面整理(surfacefinish)。本發(fā)明的合金是以Al-Si-Cu-Mg-Ni-Mn-Fe系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，以增強(qiáng)最大耐磨性。其提供了具有無(wú)襯套汽缸的現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)組所需要的所需特征，同時(shí)還保持了有竟?fàn)幮缘牡图庸こ杀?。本發(fā)明的澆鑄方法使用熱型芯(或塊體激冷物(massivechill))和石英砂型芯和鑄型相結(jié)合。該激冷物提供了固化工藝的正確方向以及產(chǎn)生鑄件的高疲勞性質(zhì)所需的固化速率。本發(fā)明的合金特別適用于以比目前所用的合金成本更低的方式制備無(wú)襯套鋁合金汽缸體。下表l比較了現(xiàn)有技術(shù)的合金和本發(fā)明的組合物的典型元素濃度。表1A)過(guò)共晶Al-Si合金390和391B)共晶合金3HAC)近共晶合金D)本發(fā)明的合金<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>合金390(A)是過(guò)去用于耐磨鑄件發(fā)動(dòng)機(jī)元件的選4奪，但如上所討論其并不適用于砂型鑄造方法。合金3HA(B)也是用于這些應(yīng)用的合金選擇，但其費(fèi)用高，因?yàn)槠滏嚨暮扛?2%)。Ni的高濃度將該合金的成本提高了35%(15000美元/噸Ni),2000ppm的Sr進(jìn)一步聯(lián)合使其更昂貴。近共晶合金(C)沒(méi)有用于提供所需耐磨性足夠的硅含量。盡管已知高Ni含量將提高該鑄件表面的耐磨性，但Ni的高成本限制了其應(yīng)用，因?yàn)镹i含量每提高約1%，該鑄造汽缸體的成本提高約15%。鎳還有助于防止Cu在固化過(guò)程中偏析，因此一些現(xiàn)有技術(shù)的合金仍傾向于提高鎳含量。因此申請(qǐng)人尋求了更佳的新替代方式。發(fā)現(xiàn)了包含不超過(guò)0.8WNi和900ppmSr的新合金組合物，其制成具有能夠通過(guò)砂型鑄造方法制造的具有所需微結(jié)構(gòu)和機(jī)械性質(zhì)的大型復(fù)雜鑄件。參照?qǐng)D1和2,分別顯示了由本發(fā)明的合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件的無(wú)襯套鋁汽缸表面得到的微結(jié)構(gòu)(100X)以及由已知為A390的合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件的無(wú)襯套鋁汽缸表面得到的微結(jié)構(gòu)(100X)的顯微照片，顯然與圖2中所示的現(xiàn)有技術(shù)的合金的微結(jié)構(gòu)相比，圖l中所示的本發(fā)明的合金提供了其中初生Si相晶粒非常小且均勻分散的微結(jié)構(gòu)。此外，申請(qǐng)人在開發(fā)克服了現(xiàn)有技術(shù)的合金當(dāng)用于和石英砂型鑄造方法結(jié)合使用時(shí)的缺點(diǎn)的新合金中所面臨的挑戰(zhàn)是找到使得盡管石英砂(silicasand)方法的高散熱和低冷卻速率但洗鑄中的金屬間偏析和孔隙率仍最小化的組合物。參照?qǐng)D1,申請(qǐng)人在Al-Si合金系統(tǒng)的相圖中描繪了一些現(xiàn)有技術(shù)的合金的位置和本發(fā)明的合金的不同位置。在該相圖中可以看到亞共晶和共晶合金更容易在石英砂型鑄造方法中處理，因?yàn)檫@些合金在比過(guò)共晶合金更低的溫度下為液態(tài)?？紤]到Al-Si合金的這種性質(zhì)，提高Si含量需要該熔融的合金在較高的溫度下灌注到該砂型中，因此金屬固化需要經(jīng)由該砂型和型芯散放更多的熱量。本發(fā)明的合金在鑄件表面上提供了達(dá)到所需耐磨性足夠的Si含量，該合金的其它組分使其適于在具有比由于其較低的Ni含量，本發(fā)明的合金比其它具有相似耐磨性的現(xiàn)有技術(shù)合金更廉價(jià)。本發(fā)明的合金提供了用于不需要汽缸襯套的大型發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件的有成本竟?fàn)幮缘姆椒?，特別是在石英砂型和型芯中澆鑄時(shí)。本發(fā)明的合金和澆鑄方法呈現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)合金提供的耐磨性避免了對(duì)缸徑(cylinderbore)內(nèi)插入鐵襯套的需要。因此，制造的汽缸體更小更輕(節(jié)省了鐵襯套的重量和成本)，而且可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)容量，而不會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸(例如2.3-3.0升)。缸襯套的情況下)。由于消除了鐵襯套和汽缸體之間的界面，本申請(qǐng)的汽缸體以比目前所用的具有鐵襯套汽缸體的鋁汽缸體低約10。C的溫度運(yùn)行。該合金還允許更緊密的間隙(clearance),因?yàn)榛钊推左w的熱膨脹系數(shù)相似(與活塞鋁合金和鐵襯套之間較大差別的熱膨脹系數(shù)相比)。這一優(yōu)點(diǎn)提供了更安靜的發(fā)動(dòng)機(jī)操作，且使發(fā)動(dòng)機(jī)更環(huán)境清潔。不存在襯套存量和處理的需要。因此在制造方法中有重要的節(jié)約，不僅由于避免了鐵襯套的成本而且由于不需要通過(guò)電感應(yīng)預(yù)加熱這些襯套。對(duì)于較為不常使用的鋁襯套也是一樣的，另外該鋁襯套是由比發(fā)動(dòng)機(jī)鑄坯剩余部分的合金更昂貴的合金制造的。本發(fā)明的合金制造的無(wú)襯套發(fā)動(dòng)機(jī)也更容易循環(huán)利用，因?yàn)椴恍枰獙㈣F汽缸襯套和鋁相分離。本發(fā)明的合金還提供了非常好的加工特征，盡管工具壽命與目前已知的A356合金的加工可比較并相似，但該缸徑中的表面整理顯然更好。與使用現(xiàn)有技術(shù)的已知合金時(shí)的制造成本相比，通過(guò)使用本發(fā)明的合金和方法，無(wú)襯套的發(fā)動(dòng)機(jī)組的制造成本降低了約40%。實(shí)施例1依照本發(fā)明制備Al-Si合金，在石英砂型和型芯中澆鑄汽缸體。該合金具有以下組成(以重量百分比計(jì))Si=13.5%;Sr=900ppm;Fe=0.4%;Cu=2.5%;Ni=0.5%;Mn=0.4%;Mg=0.35%;余量基本僅為鋁(再加少量任何其它基本為沒(méi)有影響的元素，前面稱作"剩余物")。將該合金在750°C的溫度下灌注到鑄型中。結(jié)果如下微結(jié)構(gòu)偏析降低。改性共晶團(tuán)更平均分布，初生鋁降低。仍觀察到初生硅顆粒，但其占少于1%的總硅。實(shí)施例2為了測(cè)試本發(fā)明的合金的耐磨性，使用PlintTE77試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行一系列單階段20小時(shí)耐久試驗(yàn)。該試驗(yàn)裝置在銷釘和板之間提供往復(fù)線接觸。硬化銷釘用于模擬活塞環(huán)，而平坦的板用于模擬汽缸襯套。所用的油是加熱到10(TC的商業(yè)可獲得的汽車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)礦物油。評(píng)估了三種不同的材料(1)用于柴油機(jī)應(yīng)用的鑄鐵襯套，(2)過(guò)共晶鋁-硅合金(目前在高性能發(fā)動(dòng)機(jī)中用作昂貴的襯套的類型；其中主要的耐磨相是初生硅相)，和(3)本發(fā)明的合金。結(jié)果顯示在所有這些材料上獲得的磨損疤痕性質(zhì)上相似，且在測(cè)試的材料之間的量值上似乎沒(méi)有顯著差別。當(dāng)然應(yīng)理解本發(fā)明僅關(guān)于其某些優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，而且在不脫離由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行許多改進(jìn)和變化。權(quán)利要求1.耐磨鋁合金，包含(以重量百分比計(jì))13％-14％Si；2.3％-2.7％Cu；0.1％-0.4％Fe；0.1％-0.45％Mn；0.1％-0.30％Mg；0.1％-0.6％Zn；0.05％-0.11％Ti；0.4％-0.8％Ni；0.01％-0.09％Sr；和余量主要為鋁再加任何剩余物。2.在用于制備復(fù)雜鋁發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)襯套汽缸體鑄件的方法中，其改進(jìn)包括使用Al-Si合金以形成具有依照權(quán)利要求1的組成的鑄件。3.權(quán)利要求2的方法，包括在具有石英砂型芯的石英砂型中形成所迷鑄件，以及其中所述鑄件在固化后具有其中存在的任何初生Si都基本均勻分散的微結(jié)構(gòu)。4.權(quán)利要求3的方法，其中在約760°C~約78(TC的溫度將所迷熔融的合金灌注到所述石英砂型中。5.耐磨鋁合金，包含(以重量百分比計(jì))13%-14%Si;2.3%-2.7%Cu;0.1%-0.4%Fe;0.1%-0.45%Mn;0.1%-0.30%Mg;0.1%-0.6%Zn;0.05%-0.11%Ti;0.4%-0.8%Ni;0.01%-0.09%Sr;和余量基本為鋁。6.用于制備具有依照權(quán)利要求5的組成的Al-Si合金的鑄件的方法，用于制造具有由該相同鋁合金制成的具有得到耐磨性改進(jìn)的表面以承受無(wú)汽缸襯套的所述發(fā)動(dòng)機(jī)組的搡作的缸徑的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)組；所述方法包括提供具有石英砂型芯的石英砂型和用于使所述合金在受控方向和固化速率下固化以使所述鑄件在固化之后具有其中存在的任何初生Si基本均勻分散的微結(jié)構(gòu)的激冷裝置；將所述合金作為熔融金屬引入所述鑄型中以形成所述發(fā)動(dòng)機(jī)組鑄件。7.權(quán)利要求6的方法，其中所述激冷裝置是金屬塊，其具有使得激冷重量與鑄件重量之比在1~5范圍內(nèi)的重量。8.權(quán)利要求6的方法，其中所述冷卻速率在約0.3~3.(TC/s范圍內(nèi)。9.權(quán)利要求7的方法，其中所述冷卻速率在約0.3~3.0°C/s范圍內(nèi)。10.權(quán)利要求6的方法，其中在約760°C~約780。C的溫度將所述熔融的合金灌注到所述石英砂型中。11.權(quán)利要求7的方法，其中在約760°C~約78(TC的溫度將所述熔融的合金灌注到所述石英砂型中。12.權(quán)利要求8的方法，其中在約76CTC~約78(TC的溫度將所述熔融的合金灌注到所迷石英砂型中。13.權(quán)利要求9的方法，其中在約760°C~約78(TC的溫度將所述熔融的合金灌注到所述石英砂型中。14.權(quán)利要求6的方法，其中在約755°C~約765i:的溫度將所述熔融的合金灌注到所述石英砂型中。15.權(quán)利要求9的方法，其中在約755°C~約765匸的溫度將所述熔融的合金灌注到所述石英砂型中。16.由具有改進(jìn)的耐磨特征的鋁-硅合金制成的澆鑄制品，適用于制造具有由該相同鋁合金制成的具有改進(jìn)的耐磨性的表面以承受沒(méi)有汽缸襯套的所述發(fā)動(dòng)機(jī)組的操作的缸徑的發(fā)動(dòng)機(jī)組；所述洗鑄制品具有以下以重量計(jì)的組成13%-14%Si;2.3%-2.7%Cu;0.1%-0.4%Fe;0.1%-0.45%Mn;0.1%-0.30%Mg;0.1%-0.6%Zn;0.05%-0.11%Ti;,0.4%-0.8%Ni;0.01%-0.09%Sr;和余量基本為鋁。全文摘要公開了滿足用于使用低成本澆鑄方法(例如石英砂型)澆鑄無(wú)襯套汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)組的制造和性能條件的鋁-硅合金組合物。本發(fā)明的合金以重量百分比計(jì)包括13％-14％Si、2.3％-2.7％Cu、0.1％-0.4％Fe、0.1％-0.45％Mn、0.1％-0.30％Mg、0.1％-0.6％Zn、0.05％-0.11％Ti、0.4％-0.8％Ni、0.01％-0.09％Sr，和剩下的為鋁和任意剩余物。該合金具有非常好的加工特征，提供缸徑內(nèi)顯著改進(jìn)的表面整理。與使用目前現(xiàn)有技術(shù)的需要鐵襯套的商業(yè)合金相比，該發(fā)動(dòng)機(jī)組的制造成本降低了約40％。存在的任意初生Si基本均勻分散，在固化和冷卻過(guò)程中銅不會(huì)偏析。文檔編號(hào)C22C21/00GK101627138SQ200780037074公開日2010年1月13日申請(qǐng)日期2007年8月3日優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日發(fā)明者A·F·羅德里格斯-賈斯索,J·A·岡薩雷斯-維拉里爾,J·塔拉曼特斯-西爾瓦,S·瓦爾蒂拉-加拉多申請(qǐng)人:滕內(nèi)多拉內(nèi)馬克有限公司