[發明專利]一種用于高功率密度活塞的鑄造鋁合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010281620.2
• 申請日: 2020-04-10
• 公開（公告）號: CN111304500B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 湯進軍;梁翠;陳大輝;高德;張學昌;王炳濤;張煒;許晨光
• 申請（專利權）人: 浙江大學寧波理工學院
• 主分類號: C22C21/04
• 分類號: C22C21/04;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛;張琳琳

本發明涉及一種用于高功率密度活塞的鑄造鋁合金及其制備方法，其中，一種鑄造鋁合金，其特征在于：按照質量百分比計，所述鑄造鋁合金包括以下組分：Si:11.0～12.6％，Cu：3.5～4.5％，Mg：0.7～1.2％，Ni：2.2～3.2％，Fe：0.6～0.8％，Mn：0.25～0.35％，Sc：0.10～0.15％，Zr：0.13～0.17％，Ti：0.13～0.17％，V：0.08～0.12％，余量為Al和不可避免的雜質。耐熱鋁合金在材料體系熱力學分析、組織調控和實驗測試基礎上，通過適當增加和調整Fe、Ni、Cu等元素相對加入量，來提高350?420℃高溫支撐強化相Al₉FeNi、Al₁₅Si₂(Fe,Mn)₃、Al₃CuNi、Al₇Cu₄Ni的含量，使凝固組織呈現分散的網狀、花瓣狀和擴散條紋狀分布，這些高溫強化相在合金中可以起到阻礙晶界滑移及位錯運動的作用，提高耐熱性能、晶界強度和抗蠕變能力。

技術領域

本發明屬于鑄造鋁合金技術領域，具體涉及一種高功率密度柴油機活塞用的鑄造鋁合金及其制備方法。

背景技術

目前，柴油機作為當今熱效率高、應用廣的動力機械，將長期處于不可替代的主導地位。

高功率密度柴油機活塞作為高頻運動部件，其喉口部位最高溫度已達到420℃，標定轉速由2100r/min提高到4200r/min，最高燃燒壓力從14MPa提高到22MPa，其工況環境下合金材料的高溫機械性能和可靠性將直接影響整機的技術指標和使用壽命。因此，開發350℃-420℃更高溫度下服役的耐熱鑄造鋁合金及其制備方法，是我國高功率密度柴油機必須解決的材料技術問題。

如中國發明專利申請《一種高耐熱Al-Cu-Mg-Ag合金》，其專利申請號為CN200810030979.1(申請公布號為CN 101245430 A)公開了一種高耐熱Al-Cu-Mg-Ag合金，通過適當提高Ag/Mg原子比，提高合金中高溫下Ω相數量，該專利強化手段較為單一，高溫強化效果不足，合金室溫力學性能優勢不明顯，溫度超過250℃后，合金強度急劇下降，綜合力學性能較差。

又如中國發明專利申請《一種高強耐熱鑄造鋁合金材料及其制備工藝》，其專利申請號為CN201810160568.8(申請公布號為CN 108251724 A)公開了一種高強耐熱鑄造鋁合金材料，通過采用較高的Cu/Mg比，時效熱處理后，合金中主要強化相為θ-Al₂Cu相，單其高溫強化效果不及δ-Al₃CuNi和T-Al₉FeNi相，且易長大和粗化，對合金金高溫力學性能不利。又如中國發明專利申請《一種高Fe含量Al-Si-Cu-Mn-Ti耐熱鋁合金》，其專利號為CN201811512875.4(申請公布號為CN 109402473A)，公開了通過增加Fe、Cu和鈦元素含量提高合金耐熱性能，該專利銅質量百分比含量高達6.0-8.0％，鑄造過程中容易產生成分偏析和熱裂缺陷，同時過高的Ti元素含量導致針狀Al₃Ti含量增加，導致合金高溫力學和疲勞性能不足。而公開號為CN 104498785 B的中國發明專利，引入Er、Zr元素，元素固溶度較低，添加量受限，對合金強化效果有限，合金綜合性能不足。

又如中國發明專利《一種Al-Cu-Mg-Fe-Ni系變形耐熱鋁合金及其制備方法》專利申請號為CN201611117386.X，(授權公告號為CN106834837B)，該鋁合金的組分各組分及其質量百分比為：Cu 4.7～5.8％，Mg 1.5～2.4％，Fe 1.5～2.0％，Ni 1.4～1.9％,Zr 0.04～0.20％，Ti 0.03～0.10％以及Sc 0.04～0.10％，V 0.08～0.15％，Ag 0.3～0.9％中的1種至3種，其它雜質單個≤0.05％，總量≤0.15％，余量為Al。通過將富含Fe、Ni的金屬間化合物以納米顆粒的方式均勻分布在合金中，提高耐熱性能，其在室溫下具有較好的拉伸性能和強度，以及在200℃下具有較高的強度，但是，在溫度超過250℃后，合金強度會急劇下降，綜合力學性能較差。