一种发动机活塞用铝合金及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种发动机活塞用铝合金及其制备方法，该合金各元素按质量百分比组成为：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、余量为铝。本发明合金以Si、Cu、Ni、Mg等作为主合金化元素，B、Li、In、Bi、La、Tm等作为微合金化元素，发挥了各元素的作用，实现了合金化效果，提高了合金的机械强度、耐磨性、高温和尺寸稳定性等性能，能够满足大功率发动机活塞对更高机械负荷和热负荷活塞材料的需求。
【专利说明】一种发动机活塞用铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机活塞用铝合金及其制备方法，属于铝合金材料领域。
【背景技术】
[0002]活塞被称为发动机的心脏，它是发动机中最重要的零件之一，其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。在发动机工作时，活塞直接与瞬时温度22000C的高温气体接触，其顶部温度达300-400°C，且还承受着很大的气体压力，汽油机达
4-5MPa,柴油机高达8-9MPa，甚至更高，因此活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。随着发动机功率的不断提高，对活塞铝合金的力学性能、耐热性、耐磨性等性能提出了更高的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种发动机活塞用铝合金及其制备方法，该合金热传导性好，高温强度高，耐磨性好,尺寸稳定性好。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
一种发动机活塞用铝合金，其各元素按质量百分比组成为:Si 8.5-12.5, Cu 1.8-2.4、Mg 0.6-1.2, Ni 1.2-1.6, Zn 0.15-0.25, Mn 0.1-0.2, Zr 0.4-0.8, Cr 0.05-0.1、Fe 0.03-0.05、Ti 0. 04-0.08,B 0.01-0.02, Li 0.025-0.035、In 0.02-0.03, Bi
0.015-0.025、La 0.04-0.06、Tm 0.02-0.04、余量为铝。
[0005]发动机活塞用铝合金的制备方法:在中频炉中加入纯铝锭、镁锭和锌锭，加热至710-7200C，待全部熔化后，添加Al-S1、Al-Cu合金，升温至730_750°C，待全部熔清后，添加Al-Mn合金、Al-T1-B、A1-Ni合金、Zr合金，搅拌30_40min，待全部熔清后调温至720_740°C，加入精炼剂精炼20-25min，扒渣后静置10_15min ；降温至690-710°C，加入稀土合金锭以及其它中间合金，待全部溶解后静置20-30min，升温至720_730°C移出坩埚，静置20_30s，扒渣后进行浇铸；将所得的铸锭以110-130°C /h速率升温至240-280°C，保温3_6h，再以80-1000C /h 速率升温至 420-450°C，保温 2_3h，再以 40_50°C /h 速率升温至 510_530°C，保温10-15h ;然后以70-90°C /h速率降温至340-390°C，保温5_10h，淬40_50°C水，降温至180-220°C，保温3-5h，空冷至室温即可；
所述的精炼剂制备方法如下:a.称取以下重量份的原料:氯化镁10-15、氯化钡5-10、硫化钾5-10、蛭石8-12、冰晶石5-10、石英砂3-6、铝矾土 4_8、硅酸钠20-30、纳米氮化硅
5-10、纳米碳化钙8-12；b.将蛭石、冰晶石、石英砂、铝矾土粉碎过400-500目筛，混合均匀，再加入娃酸钠、纳米氮化娃、纳米碳化钙以及适量的水，3000-5000rpm高速研磨5_10min,制粒，然后将制得的颗粒在450-480°C下焙烧3-5h，冷却至室温，待用；c.将氯化镁、氯化钡、硫化钾混合均匀，加热至930-950°C，待其全部熔融后，将上述步骤(b)制得的颗粒加入熔融液中搅拌均匀，浇注成块状，待其冷却至室温即为所得精炼剂。
[0006]本发明精炼剂的脱杂质率在65-75%之间，去除合金液中的夹杂物及使夹杂物变性效果好、净化合金液提高了内部质量，气孔度降低1-2度，得到有效的控制。
[0007]
本发明的有益效果:
本发明合金以S1、Cu、N1、Mg等作为主合金化元素，B、L1、In、B1、La、Tm等作为微合金化元素，发挥了各元素的作用，实现了合金化效果，提高了合金的机械强度、耐磨性、高温和尺寸稳定性等性能，能够满足大功率发动机活塞对更高机械负荷和热负荷活塞材料的需求。
【具体实施方式】
[0008]一种发动机活塞用铝合金，其各元素按质量百分比组成为:Si 8.5-12.5、Cu 1.8-2.4, Mg 0.6-1.2, Ni 1.2-1.6, Zn 0.15-0.25, Mn 0.1-0.2, Zr 0.4-0.8, Cr0.05-0.UFe 0.03-0.05,Ti 0.04-0.08,B 0.01-0.02、Li 0.025-0.035、In 0.02-0.03,Bi0.015-0.025、La 0.04-0.06、Tm 0.02-0.04、余量为铝。
[0009]发动机活塞用铝合金的制备方法:在中频炉中加入纯铝锭、镁锭和锌锭，加热至715°C，待全部熔化后，添加Al-S1、Al-Cu合金，升温至740°C，待全部熔清后，添加Al-Mn合金、Al-T1-B、A1-Ni合金、Zr合金，搅拌30min，待全部熔清后调温至730°C，加入精炼剂精炼20min,扒渣后静置15min ；降温至710°C，加入稀土合金锭以及其它中间合金，待全部溶解后静置20min，升温至725°C移出坩埚，静置25s，扒渣后进行浇铸；将所得的铸锭以120°C /h速率升温至260°C，保温4h，再以100°C /h速率升温至440°C，保温2h，再以40°C /h速率升温至520°C，保温12h ;然后以80°C /h速率降温至360°C，保温8h，淬40°C水，降温至190°C，保温4h，空冷至室温即可；
所述的精炼剂制备方法如下:a.称取以下重量(kg)的原料:氯化镁10、氯化钡10、硫化钾6、蛭石8、冰晶石7、石英砂5、铝矾土 6、硅酸钠20、纳米氮化硅6、纳米碳化钙8 ；b.将蛭石、冰晶石、石英砂、铝矾土粉碎过400目筛，混合均匀，再加入硅酸钠、纳米氮化硅、纳米碳化钙以及适量的水，4000rpm高速研磨6min,制粒,然后将制得的颗粒在460°C下焙烧4h,冷却至室温，待用；c.将氯化镁、氯化钡、硫化钾混合均匀，加热至935°C，待其全部熔融后，将上述步骤(b)制得的颗粒加入熔融液中搅拌均匀，浇注成块状，待其冷却至室温即为所得精炼剂。
[0010]制得的铝合金 经检验，其主要性能为:抗拉强度386Mpa，屈服强度为262Mpa，导热系数 203W/m.k，线膨胀系数 14.6X10-6 1/K。
【权利要求】
1.一种发动机活塞用铝合金，其特征在于:其各元素按质量百分比组成为:Si 8.5-12.5, Cu 1.8-2.4, Mg 0.6-1.2, Ni 1.2-1.6, Zn 0.15-0.25, Mn 0.1-0.2, Zr0.4-0.8、Cr 0.05-0.1、Fe 0.03-0.05、Ti 0.04-0.08、B 0.01-0.02、Li 0.025-0.035、In0.02-0.03、Bi0.015-0.025、La 0.04-0.06、Tm 0.02-0.04、余量为铝。
2.根据权利要求1所述的发动机活塞用铝合金的制备方法，其特征在于:在中频炉中加入纯铝锭、镁锭和锌锭，加热至710-720°C，待全部熔化后，添加Al-S1、Al-Cu合金，升温至730-750°C，待全部熔清后，添加Al-Mn合金、Al-T1-B, Al-Ni合金、Zr合金，搅拌30-40min，待全部熔清后调温至720-740°C，加入精炼剂精炼20-25min，扒渣后静置10-15min;降温至690-710°C，加入稀土合金锭以及其它中间合金，待全部溶解后静置20-30min，升温至720-730°C移出坩埚，静置20-30s，扒渣后进行浇铸；将所得的铸锭以110-130°C /h 速率升温至 240-280°C，保温 3-6h，再以 80-100°C /h 速率升温至 420-450°C，保温2-3h，再以40-50°C /h速率升温至510-530°C，保温10-15h ;然后以70-90°C /h速率降温至340-390°C，保温5-10h，淬40-50°C水，降温至180-220°C，保温3-5h，空冷至室温即可； 所述的精炼剂制备方法如下:a.称取以下重量份的原料:氯化镁10-15、氯化钡5-10、硫化钾5-10、蛭石8-12、冰晶石5-10、石英砂3-6、铝矾土 4-8、硅酸钠20-30、纳米氮化硅5-10、纳米碳化钙8-12 ；b.将蛭石、冰晶石、石英砂、铝矾土粉碎过400-500目筛，混合均匀，再加入娃酸钠、纳米氮化娃、纳米碳化钙以及适量的水，3000-5000rpm高速研磨5-10min,制粒，然后将制得的颗粒在450-480°C下焙烧3-5h，冷却至室温，待用；c.将氯化镁、氯化钡、硫化钾混合均匀，加热至930-950°C，待其全部熔融后，将上述步骤(b)制得的颗粒加入熔融液中搅拌均匀，浇注成块状，待其冷却至室温即为所得精炼剂。
【文档编号】C22C1/03GK103469021SQ201310348355
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】徐兴洪 申请人:安徽盛达前亮铝业有限公司