一種發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料及其制備方法，其中發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料的組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為：Si7.5%，Mg0.35%，Cu0.5-1.5%，Ni0.7-2.3%，Mn0.2-0.8%，F(xiàn)e0.3-0.9%，余量為Al。與現(xiàn)有鋁合金氣缸蓋材料相比，本發(fā)明鋁合金材料的常溫（20℃）抗拉強(qiáng)度基本保持不變，而高溫抗拉強(qiáng)度（300℃）明顯提高。
【專利說(shuō)明】一種發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料及其制備方法
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁合金材料及其制備方法，具體地說(shuō)是一種發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料及其制備方法。
二、【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的不斷提高使得缸蓋的工作溫度和工作壓力顯著增加，燃燒室壓強(qiáng)上升至18-20MPa，進(jìn)出氣口鼻梁溫度接近300°C。為了適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋惡劣工作條件的要求，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鑄造鋁合金材料除具有良好的室溫性能外，還應(yīng)保證其高溫性能。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外氣缸蓋主要在鋁硅合金的基礎(chǔ)上添加Mg、Cu等合金元素來(lái)改善合金性能，形成了 Al-S1-Cu-Mg系列合金材料，常見(jiàn)的合金牌號(hào)主要有A356、319.0、AC4B、ZL101A、ZL114A及歐洲標(biāo)準(zhǔn)G-AlSi6Cu4等。上述氣缸蓋用的鑄造鋁合金主要靠Mg2SiXuAl2來(lái)提高合金強(qiáng)度。但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提高，僅靠這兩種強(qiáng)化相已經(jīng)很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的高溫使用要求。
[0004]因此，選擇合適的合金元素來(lái)提高鋁合金的高溫強(qiáng)度，是適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高的必然途徑。常見(jiàn)的合金化元素有:Fe、Mn、N1、T1、Zr、Zn等。其中在鋁合金缸蓋鑄造過(guò)程中鐵往往被當(dāng)做有害元素來(lái)處理，但研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加合金元素等途徑可以改善合金中鐵相形態(tài)，能大幅度提高鋁合金的高溫性能，例如單純添加Mn元素來(lái)改善鐵相形態(tài)。在缸蓋中同時(shí)添加N1、Mn元素來(lái)改善Fe相形態(tài)的研究還未見(jiàn)報(bào)道，同時(shí)Ni元素本身在招合金中也有很好的高溫強(qiáng)化效果，所以合理添加Fe、Mn、Ni元素對(duì)提高缸蓋高溫強(qiáng)度具有實(shí)際意義。 三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料及其制備方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是遴選合適的合金元素以提高鋁合金材料的高溫強(qiáng)度。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料的組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
[0008]Si7.5%, Mg0.35%, Cu0.5-1.5%, Ni0.7-2.3%, Mn0.2-0.8%, Fe0.3-0.9%,余量為 Al。
[0009]優(yōu)選為:
[0010]Si7.5%, Mg0.35%, Cul.0%, Ni0.7%, Mn0.5%, Fe0.9%,余量為 Al。
[0011]本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料的制備方法按以下步驟操作:
[0012]按配比量稱取工業(yè)純鋁、結(jié)晶硅、純鎳、Al_Cu50%中間合金、Al_Fe20%中間合金以及Al-Mnl5%中間合金，將上述各原料加入坩堝電阻爐中，升溫至850°C直至全部融化呈熔融狀態(tài)，，然后降溫至730-750°C，用鐘罩壓入配比量的Mg，攪拌均勻后靜置20min ;再加入復(fù)合磷鹽變質(zhì)劑，攪拌均勻后于730-750°C保溫靜置20min ;隨后加入脫氣劑六氯乙烷，攪拌均勻后于730-750°C保溫靜置20min ;扒去浮渣后將合金液澆入已預(yù)熱到200°C的模具中，冷卻后取出，采用T6熱處理工藝進(jìn)行熱處理后得到鋁合金材料。[0013]Al_Cu50%中間合金中Cu的質(zhì)量百分含量為50%，余量為Al ;Al_Fe20%中間合金中Fe的質(zhì)量百分含量為20%，余量為Al ；A1-Mnl5%中間合金中Mn的質(zhì)量百分含量為15%，余量為Al。
[0014]所述復(fù)合磷鹽變質(zhì)劑按質(zhì)量百分比構(gòu)成為:磷酸二氫鈣65wt%,氯化鉀20wt%,氯化鈉10wt%和氟化|丐5wt%。
[0015]本發(fā)明鋁合金材料中的強(qiáng)化元素與鋁生成了 AlFeMnNiS1、Al-N1-Cu、Al3N1、CuAl2等耐熱強(qiáng)化相，起到了高溫強(qiáng)化的作用，其中最為明顯的高溫強(qiáng)化相是Al-Fe相，添加Mn、Ni元素后使鐵相形態(tài)得到很大改善，由有害的針片狀變成魚骨狀(圖3)或花瓣?duì)罨驂K狀(圖5)的AlFeMnNiSi相，使得材料在高溫下有良好的高溫抗拉強(qiáng)度。
[0016]本發(fā)明鋁合金材料主要有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、與現(xiàn)有鋁合金氣缸蓋材料相比，本發(fā)明鋁合金材料的常溫(20°C )抗拉強(qiáng)度基本保持不變，而高溫抗拉強(qiáng)度(30(TC)明顯提高(見(jiàn)表1)。
[0018]表1
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料，其特征在于其組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
Si7.5%, Mg0.35%, Cu0.5-1.5%, Ni0.7-2.3%, Mn0.2-0.8%, Fe0.3-0.9%，余量為 Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料，其特征在于其組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
Si7.5%, Mg0.35%, Cul.0%, Ni0.7%, Mn0.5%, Fe0.9%，余量為 Al。
3.—種權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鋁合金材料的制備方法，其特征在于按以下步驟操作: 按配比量稱取工業(yè)純鋁、結(jié)晶硅、純鎳、Al-Cu50%中間合金、Al-Fe20%中間合金以及Al-Mnl5%中間合金，將上述各原料加入坩堝電阻爐中，升溫至850°C直至全部融化呈熔融狀態(tài)，，然后降溫至730-750°C，用鐘罩壓入配比量的Mg，攪拌均勻后靜置20min ;再加入復(fù)合磷鹽變質(zhì)劑，攪拌均勻后于730-750°C保溫靜置20min ;隨后加入脫氣劑六氯乙烷，攪拌均勻后于730-750°C保溫靜置20min ;扒去浮渣后將合金液澆入預(yù)熱的模具中，冷卻后取出，采用T6熱處理工藝進(jìn)行熱處理后得到鋁合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述復(fù)合磷鹽變質(zhì)劑按質(zhì)量百分比構(gòu)成為:磷酸二氫鈣65wt%,氯化鉀20wt%,氯化鈉10wt%和氟化鈣5wt%。
【文檔編號(hào)】C22C21/02GK103540812SQ201310525826
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】蘇勇, 李金磊, 金梅, 章高偉, 萬(wàn)彬, 馬騰迪, 王愛(ài)珍 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)