[發明專利]一種活塞用難熔解金屬增強鋁合金材料

有效

• 申請號: 201510084871.0
• 申請日: 2015-02-16
• 公開（公告）號: CN104651679B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 高希柱;馮增建;魏作山;張國華;王廣莊
• 申請（專利權）人: 山東濱州華創金屬有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/03
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 楊琪,崔苗苗

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，提供了一種活塞用難溶解金屬增強鋁合金材料。

背景技術

目前，載重汽車、工程機械、鐵路機車以及船用的發動機都在向大功率、高負荷方向發展，強化程度不斷提高，排放要求越來越嚴格。目前各家活塞公司都在獨立研發新型活塞材料，主要工作實在鋁硅合金基礎上，將鎳銅含量提高，以期望在活塞組織中出現更多的合金相，通過合金相提高活塞材料的耐高溫性能，而鈦、鋯、釩主要是細化活塞組織，同時也有增強作用。但是目前所做的合金化，決定了材料的高溫強度，如300℃、350℃提高幅度有限，僅能在原有的基礎上提高10％左右，且材料在350℃以上高溫強度提高幅度更小約在5％左右。不能滿足發動機升級換代對活塞材料的要求，迫使部分廠家，采用鍛鋼材料活塞，既增加成本又增加活塞重量，使發動機能耗增加，不符合綠色節能的發展趨勢。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有合金材料不能滿足部件在高溫環境下工作的問題，提供一種通過在鋁合金中添加難溶解金屬的配方，提高材料的高溫強度；并對難溶解金屬在鋁合金中的添加，提出了解決方案。解決了目前活塞合金材料不能滿足活塞在發動機更高溫度、爆發壓力環境下工作的問題，高溫強度提高明顯，滿足發動機升級換代對活塞材料的要求。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種活塞用難溶解金屬增強鋁合金材料，包括如下組份：硅Si:，10.0-25.0％，銅Cu:1.5-6.0％，鎳Ni:1.0-3.5％，鎂Mg:0.2-1.6％，鐵Fe:0.2-1.0％，鈦Ti:，0.05-0.3％，磷P:0-0.05％，錳Mn:0.05-0.6％，鋯Zr:0.05-0.3％，，釩V:0.05-0.3％，鉬Mo:，0-0.6％，鎢W:，0-0.6％，鈮Nb：0.005-0.6％，鉭Ta：0-0.6％，鍶Sr:0-0.05％，余量為鋁Al。

本發明還提供了一種活塞用難溶解金屬增強鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟：

1)制備鎳、鎳銅、鎳鐵或鎳銅鐵基合金，在上述合金中加入難熔解金屬鈮和鉬、鎢或鉭中一種或多種，配成中間合金；

2)將中間合金加入鋁合金，鋁合金溫度580-630℃，采用機械或電磁攪拌直至中間合金完全溶解，即得。

優選的是，步驟1)中，所述配制生產鎳、鎳銅、或鎳鐵基合金的方法為：可在工頻爐、變頻爐或中頻爐中一次性加入各種金屬；或先進行易溶解如鎳、銅、鐵的熔化，待鎳等熔化完畢后再加入難熔金屬進行熔化，升溫至1580℃～1680℃，保溫0.5～6小時，待難熔金屬充分溶解后，再澆注成錠。

優選的是，步驟1)中，鎳、鎳銅、或鎳鐵基合金為鎳鎢合金、鎳鉬合金、鎳鈮合金、鎳鉭合金，鎳銅鎢、鎳銅鐵鈮或鎳鐵鉭中的一種或多種的組合。

優選的是，步驟2)中，所述鎳、鎳銅、或鎳鐵基合金與鋁合金的質量比為0.01～1:1。

任一上述的方法制備的活塞用難溶解金屬增強鋁合金材料在制備活塞毛坯中的應用。本發明的有益效果是：

1.采用兩步法加入，首先將難熔金屬制成鎳、鎳銅、或鎳鐵基合金，如鎳鎢合金、鎳鉬合金、鎳鈮合金、鎳鉭合金，鎳銅鎢、鎳銅鐵鈮或鎳鐵鉭等等多種合金，但合金中含鐵量要控制在30％以下，原因是活塞合金中的鐵含量過高，會形成針狀鐵，材料抗拉強度大幅度下降。第二步是將鎳基合金加入到鋁合金中，采用強力機械攪拌或電磁攪拌方式，加速以上合金在鋁合金的溶解。鋁合金添加鎢、鈮、鉭難熔金屬，直接加入鋁合金中熔化是極其困難的，同樣作為難熔金屬鈦、鋯在鋁合金中較易熔化，難熔金屬釩通過變成釩鋁合金，也較易熔入鋁合金，添加鈦、鋯、釩元素目前較為普遍，非本專利保護的內容；而鎢、鉬需要通過長時間在高溫鋁合金中溶解，才可以熔入到鋁合金中，但造成大量的氧化燒損；而熔煉用鈮、鉭金屬，在鋁合金中長時間也無法溶解，以上難溶解金屬。

2.合金熱穩定性好，強度高，適合在高溫下運行。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：

1、該鋁合材料含有按重量份計如下的各組分，

本發明材料與原活塞鋁合金材料技術參數的對比：

2、兩步法生產過程：

第一步配制生產鎳銅鉬鉭合金

鎳Ni：60％銅Cu：19％鉬Mo：14％鉭Ta：7％