[發明專利]用于生產發動機部件的方法、發動機部件及鋁合金的應用

有效

• 申請號: 201580038700.2
• 申請日: 2015-05-11
• 公開（公告）號: CN106795591B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 羅馬·莫根施特恩;西爾維奧·斯蒂芬;斯科特·科寧萊;菲利普·科赫;伊莎貝拉·索博塔;馬丁·波普;羅伯特·威拉德;克勞斯·拉德斯;雷內·韋斯
• 申請（專利權）人: 菲特爾莫古紐倫堡有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C21/04;C22C21/14
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;陳偉

本發明涉及一種用于生產發動機部件的方法，特別是用于內燃機的活塞，其中鋁合金以重力壓鑄工藝進行鑄造且其中鋁合金包含作為合金元素的7至小于14.5wt％的硅、大于1.2至4wt％的鎳、大于3.7至小于10wt％的銅、小于1wt％的鈷、0.1至1.5wt％的鎂、0.1至小于等于0.7wt％的鐵、0.1至小于等于0.7wt％的錳、大于0.1至小于0.5wt％的鋯、大于等于0.1至小于等于0.3wt％的釩、0.05至0.5wt％的鈦及0.004至小于等于0.05wt％的磷，以及作為剩余物的鋁及不可避免的雜質。鋁合金可選地包含鈹，其中鈣含量被限制在低水平。本發明進一步涉及一種發動機部件，特別是用于內燃機的活塞，其中發動機部件至少部分地包含鋁合金，還涉及一種用于生產發動機部件的鋁合金的應用，特別地，所述發動機部件是內燃機的活塞。

技術領域

本發明涉及一種用于生產和使用發動機部件的方法，特別是用于內燃機的活塞，其中鋁合金通過重力壓鑄工藝鑄造而成，涉及一種發動機部件，其至少部分由鋁合金構成，還涉及一種生產此類發動機部件的鋁合金的應用。

背景技術

在過去的幾年里，存在對于特別是經濟的增長的需要，因此，生態化的交通工具必須滿足高消耗和排放要求。此外，一直存在設計具有最大可能性的性能和燃油效率的發動機的需要。在高性能和低排放內燃機的發展中的關鍵因素是能在不斷上升的燃燒溫度和燃燒壓力下使用的活塞，本質上通過更高效的活塞材料而使上述成為可能。

原則上，用于內燃機的活塞必須在盡可能的輕量和堅固的同時展現出高度耐熱性。因此，如何設計顯微結構的分布、形態及成分和高度耐熱相的熱穩定性是至關重要的。就這一點而言，最優化通常考慮氣孔和包含的氧化夾雜物的最小化。

尋求的材料必須在等溫抗振性(HCF)和形變場疲勞強度(TMF)這兩方面都被最優化。為了獲得最佳的TMF，應努力尋找到具有可能存在的最佳微觀結構的材料。較佳的微觀結構降低了在相對大的初相上(特別在初生硅析出相上)發展微區塑性和微裂紋的風險，并且因此也降低了裂紋萌生和裂紋擴展的風險。

微區塑性或微裂紋可能會嚴重縮短活塞材料的使用壽命，當承受TMF壓力時，由于合金單個組分不同的膨脹系數，即基體相和初相，在相對較大的初相上，尤其是初生硅析出相上可誘發微區塑性或微裂紋。公認地，為提高使用壽命應將初相盡可能的保持較小。

當應用重力壓鑄工藝時，存在合金元素應被包括在內的濃度上限，且超過此上限后合金的鑄造性能會降低或鑄造變得不可能。此外，增強元素的過高濃度會導致大的片狀的金屬間相的形成，此金屬間相會大幅度降低疲勞強度。

DE 4404420A1描述了一種可用于特別是經受高溫及高機械負載的活塞和部件的合金。所描述的鋁合金包含8.0至10.0wt％的硅、0.8至2.0wt％的鎂、4.0至5.9wt％的銅、1.0至3.0wt％的鎳、0.2至0.4wt％的錳、少于0.5wt％的鐵，還有至少從銻、鋯、鈦、鍶、鈷、鉻及釩中選出一種元素，其中這些元素中的至少一種以大于0.3wt％的量存在且其中這些元素的總量小于0.8wt％。

EP 0924310B1描述了一種用于活塞生產(特別是用于內燃機中的活塞)的鋁硅合金。鋁合金有如下的組分：10.5至13.5wt％的硅、2.0至少于4.0wt％的銅、0.8至1.5wt％的鎂、0.5至2.0wt％的鎳、0.3至0.9wt％的鈷、至少20ppm的磷、及0.05至0.2wt％的鈦或高達0.2wt％的鋯和/或高達0.2wt％的釩，和剩余的鋁及不可避免的雜質。

WO 00/71767A1描述了一種適用于高溫用途(比如高負載活塞或在內燃機中的其他用途)的鋁合金。鋁合金由如下元素組成：6.0至14.0wt％的硅、3.0至8.0wt％的銅、0.01至0.8wt％的鐵、0.5至1.5wt％的鎂、0.05至1.2wt％的鎳、0.01至1.0wt％的錳、0.05至1.2的鈦、0.05至1.2wt％的鋯、0.05至1.2wt％的釩、0.001至0.10wt％的鍶和剩余的鋁。