[發明專利]熱精鍛連桿用鋁合金材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010549216.5
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN101985706A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發明（設計）人: 李曙生;李羊林;黃光華
• 申請（專利權）人: 江蘇萬里活塞軸瓦有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02;C22F1/04
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技術領域

本發明涉及一種有色合金材料及其制備方法，特別是一種熱精鍛連桿用鋁合金材料及其制備方法。

背景技術

連桿是活塞式柴油機、汽油機及壓縮機的主要運動件，其一端連接曲軸，另一端通過活塞銷連接活塞，連桿質量好壞直接影響整機的性能。從比強度和比模量等性能參數看，適合制作連桿的材料依次為鈦、鎂、鋁和鐵。對于民用發動機而言，制約連桿材料品種選取的主要因素是價格。上述幾種金屬材料中鋁材密度小、自重輕、強度高，而且價格最低廉，所以說鋁合金是制造民用發動機連桿的最常用材料之一。但是，現有鋁合金是一種含硅8～13%的高硅鋁合金，用常規工藝生產的高硅鋁合金零件因晶粒粗大，其塑性差、強度低和韌性不好，制成的連桿不能用鍛造方法提高相關機械性能。當今，人們已研制出多種可鍛造的鋁合金材料，但市場上至今仍沒有一種在150℃時保持高溫疲勞強度和低膨脹系數的鋁合金材料上市。

發明內容

本發明主要針對現有鋁合金鑄件晶粒粗大、塑性差、強度低和韌性不好，以及不能鍛造的不足，提出一種在鋁合金熔液中添加少量稀土合金而變性生成熱精鍛連桿用鋁合金材料，用該材料鑄件晶粒細化、金相組織致密、耐磨、耐蝕，經鍛造后能顯著提高強度及韌性。同時提供實現該材料的制備方法。

本發明通過下述技術方案實現技術目標。

熱精鍛連桿用鋁合金材料，其改進之處在于：組分中含有按重量百分比計量的0.6～1.2%Si、0.1～0.7%Fe、3.8～4.7%Cu、0.4～1%Mn、0.4～0.8%Mg、0.01～0.3%Zn、0.01～0.15%Ti、89.5～93.6%Al、0.05～0.1%雜質和0.65～1.45%含有Re、Er、Zr混合的稀土復合添加劑。

上述稀土復合添加劑按重量百分比計量占組分的0.65～1.45%，其中含有0.5～1.1%Re、0.1～0.2%?Er和0.05～0.15%Zr。所述Re中含有75～80%Ce和20～25%La。

熱精鍛連桿用鋁合金材料的制備方法，其改進之處在于：該方法按下述順序實施：

（1）熔煉：將按組分配制的鋁合金料置入爐中熔化，熔煉溫度為710℃～750℃；

（2）變性處理：向爐內鋁合金溶液中加入按重量百分比計量的含有Re、Er、Zr混合的稀土復合添加劑，攪拌20min～60min，在720℃～740℃溫度條件下保溫1h～7h，變性處理后得到稀土鋁合金；

（3）澆注：稀土鋁合金溶液溫度穩定在720℃～740℃時澆注；

（4）鑄造件余熱鍛造：鑄件溫度降至470℃～500℃時取出即送到相應溫度的保溫箱中，鍛造在400℃～420℃時進行；

（5）熱處理：

（5.1）退火處理：鑄件經鍛造后加熱至480℃～495℃，保溫6～12h；

（5.2）固溶處理：在退火之后作固溶處理，其溫度為490±5℃，保溫8h；

（5.3）淬火處理：固溶處理后取出鑄件在15秒內用55℃～60℃溫水淬火；

（5.4）人工時效處理：鑄件淬火后置入165±5℃爐中保溫8h，然后出爐空冷。

本發明與現有技術相比，具有以下積極效果：

1、組分合理，組分中大大減少Si含量，添加了對鋁有極強彌散能力的Re及其Er、Zr，鑄造時不生成針狀脆性物，鑄件晶粒細化、組織致密，從而實現用鍛造方法進一步提高強度和韌性指標。

2、鋁合金熔液在添加復合稀土添加劑后形成稀土鋁合金，稀土元素與Al、Si和Cu等元素相互作用生成稀土化合物相，并以球化狀存在。

3、稀土鋁合金具有很高的耐磨力學性能，用此材料制造連桿，大端無需裝軸瓦，小端無需配襯套，大大簡化其連接結構。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發明。

本實施例熱精鍛連桿用鋁合金材料，組分按重量百分比計量，其中Si0.9%、Fe0.4%、Cu4.3%、Mn0.7%、Mg0.6%、Zn0.15%、Ti0.08%、Re1.0%、Er0.15%、Zr0.11%、Al91.6%和雜質0.1%。本發明中還添加由Re、Er和Zr混合的稀土復合添加劑，其總量占組分的0.65～1.45%，所用的Re以Ce為主，La為輔助。本實施例中Re中含有76%Ce，24%La。

實現熱精鍛連桿用鋁合金材料的制備方法如下：

1、熔煉：將按組分配制的鋁合金料置入爐中熔化并作凈化處理，熔煉溫度為730±15℃；