[發明專利]一種用于發動機活塞的高強耐熱鋁合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711465442.3
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108559875B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 高海燕;王朦朦;王俊;尤偉任;顧孫望;李敏;張馳
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海中天鋁線有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22F1/04
• 代理公司: 31317 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供一種用于發動機活塞的高強耐熱鋁合金材料，由下列重量百分含量的元素組成：鋯Zr為0.2～2％，釔Y為6％～13％，鐵Fe為0.5％～3％，硅Si0.8％～2％，鎂Mg0.1％～0.3％，鈦Ti為0.05％～0.08％，硼B為0.01％～0.15％，其余為Al。本發明還提供了一種用于發動機活塞的高強耐熱鋁合金材料的制備方法。本發明耐熱鋁合金具有良好的鑄造性能與力學性能，抗拉強度達到330MPa。該材料還具有良好的耐熱性能，耐熱實驗表明，在280℃下加熱1小時后，強度不降反升；在400℃加熱1小時后，強度保持不變。

技術領域

本發明涉及一種汽車發動機活塞用耐熱鋁合金，具體涉及了一種高強度耐熱鋁合金活塞材料及其制備方法，屬于汽車發動機制造領域。

背景技術

鋁合金具有密度小，比強度高，彈性好，抗沖擊性能好，耐腐蝕，高導熱，易表面著色，可回收等優良特性，廣泛應用在航空航天，交通運輸，能源動力等行業。尤其是汽車行業，隨著汽車輕量化技術的發展，以高性能鋁合金替代汽車中傳統的鑄鐵部件，是目前汽車輕量化的主要手段。汽車發動機活塞的工作溫度一般要求230℃以上，而且必須具有良好的沖擊韌性與疲勞性能。因此急需開發一種耐高溫的鋁合金材料，以滿足汽車發動機活塞的性能要求。

經檢索發現，申請號為201310348355.5，該專利公開一種發動機活塞用鋁合金及其制備方法，該合金各元素按質量百分比組成為：Si8.5-12.5、Cu1.8-2.4、Mg0.6-1.2、Ni1.2-1.6、Zn0.15-0.25、Mn0.1-0.2、Zr0.4-0.8、Cr0.05-0.1、Fe0.03-0.05、Ti0.04-0.08、B0.01-0.02、Li0.025-0.035、In0.02-0.03、Bi0.015-0.025、La0.04-0.06、Tm0.02-0.04、余量為鋁。該專利以Si、Cu、Ni、Mg等作為主合金化元素，B、Li、In、Bi、La、Tm等作為微合金化元素，發揮了各元素的作用，實現了合金化效果，提高了合金的機械強度、耐磨性、高溫和尺寸穩定性等性能，能夠滿足大功率發動機活塞對更高機械負荷和熱負荷活塞材料的需求。

但是上述專利成分復雜，大規模工業生產時，往往不能很好地控制其成分，增加了實際生產的操作難度。另外各元素之間往往會產生復雜的交互作用，成分波動對材料的性能會產生何種影響，其結果是不可預料的。另主要添加元素是Si，Cu，Mg，Ni，Zr，其原理是依靠熱處理所產生的析出強化來進一步提高材料的強度。因Mg，Si所產生的析出強化效果在高溫下是不穩定的，易發生分解，所以加入了Zr元素，來進一步提高合金的耐熱性。但是Zr在Al中易產生嚴重地偏析，形成無偏析帶，對力學性能造成了不利的影響。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種用于發動機活塞的高強耐熱鋁合金材料及其制備方法，該鋁合金具有良好的鑄造性能、力學性能以及耐熱性能。

根據本發明的一個方面，提供一種用于發動機活塞的高強耐熱鋁合金材料，由下列重量百分含量的元素組成：鋯Zr為0.2～2％，釔Y為6％～13％，鐵Fe為0.5％～3％，硅Si0.8％～2％，鎂Mg0.1％～0.3％，鈦Ti為0.05％～0.08％，硼B為0.01％～0.015％，其余為Al。

優選地，所述鋁合金材料由下列重量百分含量的元素組成：鋯Zr為1～2％，釔Y為10％～13％，鐵Fe為2％～3％，硅Si 0.8％～2％，鎂Mg0.1％～0.3％，鈦Ti為0.05％～0.08％，硼B為0.01％～0.15％，其余為Al。

根據本發明的另一個方面，提供一種用于發動機活塞的高強耐熱鋁合金材料的制備方法，該方法如下：按照化學計量比配制合金原材料、將原材料放入熔煉爐中、升溫除氣熔煉、造渣、除渣、最后經澆注形成Y型鑄錠。

具體地，所述方法包括如下步驟：

將工業純鋁錠放入熔煉爐中熔化，并控制鋁液溫度在720℃～750℃之間；