[發明專利]一種發動機缸體用高硅鋁合金材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810992875.2
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109234581A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 朱協彬;王邦倫;王公昱;周聰;祝夫文;桂凱旋;陳志浩
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/03;C22F1/043
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 楊濤

本發明公開了一種發動機缸體用高硅鋁合金材料，涉及鋁合金領域，由下列各化學成分按質量百分比組成：硅8?10、銅1.0?6.0、鎂0.1?0.6、鎳0.3?0.8、錳0.2?0.4、鐵0.6?1.0、其余為鋁，本發明還公開了一種發動機缸體用高硅鋁合金材料的制備方法，包括配料準備、熔煉、取樣分析、鑄造以及熱處理等步驟，本發明鋁合金成分設計科學合理，熔煉澆注過程簡單易操作，工藝上不需要復雜的操作設備，具有通用性和普適性，利于推廣。通過優化合金化學成分，并采用科學的熔煉、鑄造和熱處理工藝，不僅能提高合金在高溫下的力學性能，而且能提高合金強化相的穩定性，阻止強化相的析出和長大，進一步提高鋁合金的各項性能。

技術領域

本發明涉及鋁合金領域，具體涉及一種發動機缸體用高硅鋁合金材料和一種發動機缸體用高硅鋁合金材料的制備方法。

背景技術

隨著汽車市場的不斷發展，家用轎車的不斷普及，低油耗、低排放、安全可靠、性能優異等為汽車未來發展的主流趨勢。而汽車輕量化要求發動機的重量和體積都要小型化和輕量化，所以研發新型的高強度輕量化材料成為重中之重，其中高強度高韌性鋁合金則是首先材料。鑄造鋁合金具有密度低、比容小、強度高、鑄造成形性好和加工性能優良、膨脹系數小和流動性好等一系列優點，被廣泛應用于汽車、航空、航天以及家電等行業中。目前國內外大部分轎車發動機缸體、缸蓋均已基本采用高強度鋁合金生產，因為汽車質量每降低100千克，每百公里就可節油0.6升，而若汽車整車重量降低10％，燃油效率可提高6-8％。為了降低燃料消耗，同時也為了減少汽車尾氣排放對大氣環境的污染，減輕汽車自重是一個重要的措施，因此，汽車鑄件不斷被輕質高強鋁鑄件取代已成為必然的發展趨勢。此外，采用鋁合金鑄件，還增強了發動機的散熱效果，提高了發動機工作效率，工作壽命也更長。

雖然現有牌號的鋁硅合金在普通使用性能上已經能滿足基本的使用要求，但是當零件處于復雜的應力狀態時，往往存在許多不足之處；而且隨著發動機功率的不斷提高，使得缸體承受的工作溫度和工作壓力顯著增加。為了適應發動機輕量化的發展趨勢以及滿足高性能發動機的性能需求，開發新型的高強度高韌性鋁合金材料勢在必行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種發動機缸體用高硅鋁合金材料及其制備方法，以解決上述缺陷。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為：所提供的一種發動機缸體用高硅鋁合金材料，由下列各化學成分按質量百分比組成：硅8-10、銅1.0-6.0、鎂0.1-0.6、鎳0.3-0.8、錳0.2-0.4、鐵0.6-1.0、其余為鋁。

一種發動機缸體用高硅鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將所有成分各自制成細粉備用，將所有工具和模具在250℃條件下進行預熱處理，備用；

(2)首先在坩堝底部加入單晶硅，在硅上面覆蓋計算好的純鋁量的2/3，一同升溫，硅在鋁液的包裹下緩慢熔化，熔化后用石墨棒反復攪拌，再加入余下的純鋁，升溫至820℃并保溫30分鐘至完全熔化后進行爐前檢測，配成Al-Si 二元合金；在745-750℃，加入Al-50％Cu中間合金，攪拌均勻，使其完全熔化；然后調節爐溫至730-740℃，加入其余剩余成分，攪拌均勻后保溫靜置30分鐘；

(3)調節爐溫至725-730℃，加入細化劑，攪拌均勻，靜置3-5分鐘；在 735-740℃加入中間合金變質劑，攪拌均勻，靜置15分鐘；在725-730℃，將占金屬液質量2-3％的精煉劑用壓入金屬液中間高度處，緩慢作圓周并成傾斜運動，使金屬液均勻翻滾，作用時間8-10分鐘，靜置5分鐘后，再通過氬氣進行精煉 6-8分鐘，靜置20分鐘，再進行扒渣，扒渣后取樣分析；

(4)將成分合格的合金液靜置10-20分鐘，將合金液澆注入已預熱的模具中，冷卻后取出，進行熱處理，最后得到本發明產品。

優選的，所述步驟(4)中熱處理工藝條件為：固溶處理溫度為520℃，固溶處理時間為5.5小時，人工時效溫度為170℃，人工時效時間8小時。