[發明專利]高性能鋁硅活塞合金材料及其活塞的熱處理工藝

無效

• 申請號: 200710049894.3
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN101117679A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 高麟;彭明誠;任德忠;賀躍輝;徐昌友;沈濱波
• 申請（專利權）人: 成都銀河動力股份有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/02;C22C1/06;C22F1/043
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司
• 代理人: 舒啟龍

技術領域

本發明屬金屬材料領域，特別是涉及發動機活塞用鋁合金材料技術領域。

背景技術

近年來，隨著高功率發動機的發展，為了“減排降耗”，降低發動機尾氣排放、降低空氣污染，減少能耗，提高內燃機的效率，提高燃燒溫度已成為內燃機的重要發展趨勢，相應地，對內燃機部件，尤其是對活塞的高溫強度、線膨脹系數及體積穩定性提出了更高的要求。現行廣泛使用的ZL109Al-Si合金材料(各組分百分含量為：Si?11-13％，Cu?0.5-1.5％，Mg?0.8-1.5％，Mn≤0.2％，Ni?0.8-1.5％，Fe≤0.7％，其余為Al)，具有較好的高溫強度、線膨脹系數及體積穩定性(如，體積穩定性：≤0.03％D；線脹系數：20-300℃≤22.3×10^-6；抗拉強度：常溫：≥196Mpa??300℃≥100Mpa；360℃??60-70MPa(由于現發動機要求提高，現要求控制360℃高溫強度，原國家標準不要求)，但是，其線脹系數尚有待降低，體積穩定性還有待提高，尤其是，在360℃(現有國家標準尚未要求)的高溫性能還是較差，其總體的高溫強度、線膨脹系數及體積穩定性還不令人滿意。

發明內容

本發明的任務在于針對現有技術的問題和不足之處而提供一種高溫強度、線膨脹系數及體積穩定性更好的活塞用鋁硅合金材料。

本發明的任務是這樣實現的：一種活塞用鋁硅合金材料，其特征是：所述合金中各組分以重量百分比計的組成如下：

Si?12-13％，Cu?2.5-4％，N?1.7-3％，Mg?0.5-1.2％，Mn?0.1-0.2％，V?0.15-0.5％，Zn≤0.05％，Ti?0.23-0.6％，∑Re?0.15-0.25％，Fe≤0.7％，其余為Al。

本發明的另一任務是提供上述合金的熔煉工藝和采用上述合金材料的活塞的熱處理工藝。

本發明的另一任務是這樣實現的：一種采用上述合金材料的熔煉工藝，按以下步驟進行：

a)、先將所需的全部硅均勻分布于天然氣反射爐的爐膛底部，然后用加料板將配備好的純鋁錠總量的60-80％進爐，將硅全部覆蓋，完后將銅板、鎳板加在靠近噴火口的中上層，開始點火熔化；

b)、升溫至表面鋁液呈糊狀后，加入釩合金，同時將剩余鋁錠加入，點火繼續升溫至850-880℃進行保溫擴散熔煉，保溫擴散時間為10-20分鐘；

c)、經保溫擴散熔煉的鋁液靜置15-20分鐘后，進行精煉除氣處理，加入覆蓋劑0.3-0.5％，無毒精煉劑：在760-780℃溫度下進行充分攪拌，靜置5分鐘后取樣，待成份合格后，進行出水操作；

d)、出水時使用過濾網，中途攪拌一次；

上述鋁硅合金活塞的熱處理工藝按以下步驟進行：

a)對現場熔煉后的鑄造活塞進行鑄淬處理：首先采用活塞全部水淬，活塞溫度不小于420℃，淬火溫度60-90℃；然后進行裙部淬：取出活塞立即放入淬火箱中，淬火位置：止口向下，浸入深度不低于銷孔中心，不超過銷孔頂端；

b)兩組時效處理：第一次時效為170℃×6h，入爐溫度≤50℃，升溫時間≥45分鐘，隨后出爐空冷至室溫再進行第二次時效，第二次時效為250℃×4～5h，入爐溫度≤50℃，升溫時間≥60分鐘。

上述合金材料中，上面提到的∑Re是富鈰混合稀土金屬，廠家為四川省良友稀土金屬有限責任公司，其具體成分為：TReM＞99％，Ce/Re：52.24％，La/Re：27.10％.

本發明通過大幅度提高Cu、Ni含量，加入微量元素∑Re、V等，對合金組分進行了優化調整(經四川省科技成果查新咨詢服務中心科分院中心進行國內、外查新檢索，未見有與本合金相同的材料)；并且開發出專門針對上述合金材料的活塞的兩級時效熱處理工藝。

相比現有技術本發明的特點和優點是：

1、高溫性能和耐磨性能均超過現有ZL109合金

體積穩定性：≤0.01％D

線脹系數：20-200℃≤21×10^-6/℃

20-300℃≤21.8×10^-6/℃

抗拉強度：常溫：≥230MPa

300℃≥100MPa

360℃≥80Mpa

與ZL109合金相比，體積穩定性明顯提高，特別是360℃高溫強度顯著提高，在原合金基礎上提高幅度達到14-33％，完全能滿足歐III、IV產品的性能要求。