[發明專利]鋁合金、制造發動機組件的方法、發動機組件以及鋁合金用以制造發動機組件的用途

有效

• 申請號: 201980040948.0
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN112313356B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 羅伯特·威拉德;伊莎貝拉·索博塔;羅爾夫·賈格;菲利普·科奇;托馬斯·科斯特;索菲亞·楊;羅曼·摩根斯坦;馬丁·波普
• 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
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 王皓

本發明涉及：一種鋁合金、特別是鑄鋁合金；一種用于制造發動機組件、特別是內燃機用活塞的方法，其中鋁合金使用重力壓鑄法鑄造；一種發動機組件、特別是內燃機用活塞，其至少部分地由鋁合金組成；以及鋁合金用以制造發動機組件、特別是內燃機用活塞的用途。所述鋁合金由以下合金元素組成：硅：10重量％至13重量％，鎳：至0.6重量％，銅：1.5重量％至3.6重量％，鎂：0.5重量％至1.5重量％，鐵：0.1重量％至0.7重量％，錳：0.1至0.4重量％，鋯：0.1至0.3重量％，釩：0.08至0.2重量％，鈦：0.05至0.2重量％，磷：0.0025至0.008重量％，以及作為余量的鋁和不可避免的雜質。

技術領域

本發明涉及：一種鋁合金、特別是鑄鋁合金(cast aluminum alloy)；一種用于制造發動機組件、特別是內燃機用活塞的方法，其中鋁合金使用重力壓鑄法(gravity diecasting method)鑄造；一種至少部分地由鋁合金組成的發動機組件；以及鋁合金用以制造這樣的發動機組件的用途。

背景技術

近年來，特別是對經濟和生態的運輸工具的需求日益增長，這些運輸工具必須滿足高的消耗要求和排放要求。此外，始終需要將發動機設計成盡可能高的性能和盡可能低的消耗?？梢栽谠絹碓礁叩娜紵郎囟群腿紵龎毫ο率褂玫幕钊?，是開發高性能和低排放內燃機的決定性因素，這些活塞本質上可以通過越來越高性能的活塞材料實現。這意味著活塞材料和開發越來越高性能的活塞用材料具有決定性的重要性。

內燃機用活塞從根本上必須具有高的耐熱性，并且必須同時盡可能輕和堅固。在保持或者甚至改善活塞性能的情況下降低活塞重量是特別希望的。在這方面，如何配置微觀結構分布、形態、組成以及高耐熱相的熱穩定性是特別重要的。關于這方面的優化通常會考慮孔和氧化物夾雜物的最小含量。

廣受歡迎的、有利的活塞材料必須在等溫疲勞強度(“高循環疲勞”HCF)方面和熱機械疲勞強度(“熱機械疲勞”TMF)方面被優化。為了盡可能最佳地配置TMF性能，應該始終以材料的最精細的可能的微觀結構為目標。精細的微觀結構降低了在相對大的初生相(primary phase)處(特別是在初生硅沉淀物處)出現微塑性或微裂紋的風險，因此也降低了裂紋萌生和裂紋擴展的風險。

在TMF應力下，由于合金的各個組分，即基質和初生相，的膨脹系數不同，在相對大的初生相處，特別是在初生硅沉淀物處，會出現微塑性和/或微裂紋，它們會顯著地降低活塞材料的壽命。為了增加TMF-HCF壽命，保持初生相盡可能小且精細是已知的。

特別是高合金，近共晶的或過共晶的鋁/硅合金在高工作溫度下具有良好的機械性能。在這個方面，針對初生硅和所生成的金屬間相，相尺寸必須受到限制。

在這個方面，DE 10 2011 083 969 A1公開了一種用于制造發動機組件的方法，特別是用于制造內燃機用活塞的方法，其中使用重力壓鑄法鑄造鋁合金。鋁合金包含以下合金元素：硅：6重量％至10重量％，鎳：1.2重量％至2重量％，銅：8重量％至10重量％，鎂：0.5重量％至1.5重量％，鐵：0.1重量％至0.7重量％，錳：0.1重量％至0.4重量％，鋯：0.2重量％至0.4重量％，釩：0.1重量％至0.3重量％，鈦：0.1重量％至0.5重量％。這里，為了制造高耐熱性合金，需要高濃度的昂貴元素銅。

類似地，對于可承受高熱應力的發動機組件，常規的鑄鋁合金通常需要作為強度增加合金元素(strength-increasing alloying element)的合金元素銅和鎳的總和在5重量％至7重量％之間，以及11重量％至13重量％的硅。相對大量的昂貴且重的元素銅和鎳的添加尤其增加了活塞材料的密度，并且因此增加了活塞的重量。因此，鑒于上述努力，有必要找到一種在重量、強度和成本之間的折中方案。

發明內容

因此，本發明的一個目的在于提供一種鋁合金，該鋁合金可以通過重力壓鑄法鑄造，具有低密度，但仍然包含增加比例的精細分散的、高耐熱的、熱穩定的相。