一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金材料领域，涉及一种活塞用铝合金材料及其制备方法，尤其是涉及一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
【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2200摄氏度的高温气体接触，其顶部温度达300°C?400°C，且温度分布不均匀；在做功行程时活塞顶部承受着很大的气体压力。活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。因此活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其材料具有特殊的要求:密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的高温强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。另外还应具有容易制造、成本低廉的特点。铝合金材料以其质轻、良好热传导性以及较低的热膨胀系数等特点因此被用于制造活塞等材料。综上述所，制备活塞用铝合金材料需要具备较高的机械强度和较高的耐高温强度。
【发明内容】
[0003]要解决的技术问题:铝合金材料由于其较为优异的导热性能和轻质化，在活塞中的应用较多，活塞用的铝合金材料需要具备较好的机械强度，同时还需要具备在高温下的较高的机械强度，本发明的目的是提供一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
[0004]技术方案:本发明公开了一种高强度的活塞用铝合金材料，所述的高强度的铝合金材料由以下成分组成:
[0005]Ge 为 0.6wt%? 1.5wt%、
[0006]Cs 为 0.5wt%? 1.0wt%、
[0007]Pd 为 0.2wt%? 0.7wt%、
[0008]Sn 为 0.7wt%? 1.4wt%、
[0009]Ti 为 0.6wt % ?1.2wt %、
[0010]Tb 为 0.lwt%? 0.4wt%、
[0011]Ce 为 0.2wt%?0.5wt%、
[0012]余量为Al。
[0013]所述的一种高强度的活塞用铝合金材料，所述的高强度的铝合金材料由以下成分组成:
[0014]Ge 为 0.9wt%? 1.2wt%、
[0015]Cs 为 0.6wt % ?0.8wt %、
[0016]Pd 为 0.3wt%? 0.6wt%、
[0017]Sn 为 0.8wt%? 1.lwt%、
[0018]Ti 为 0.9wt%? 1.1wt%、
[0019]Tb 为 0.2wt % ?0.3wt %、
[0020]Ce 为 0.3wt % ?0.4wt %、
[0021]余量为Al。
[0022]一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，所述的高强度的铝合金材料的制备方法步骤如下:
[0023](I)将熔炼炉内温度升高至790?830°C，温度固定后向熔炼炉内加入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h ；
[0024](2)按照升温速率为30°C /min升高温度至880?940°C，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h，各成分重量百分比为Ge为0.6wt%? 1.5wt % > Cs为0.5wt%? 1.0wt %、Pd为0.2wt%? 0.7wt%、Sn 为 0.7wt%? 1.4wt%、Ti 为 0.6wt%? 1.2wt%、Tb 为 0.1wt %?0.4wt %、Ce 为 0.2wt % ?0.5wt %、余量为 Al ；
[0025](3)按照降温速率为20 °C /min降低温度为680?710°C，保温3h ；
[0026](4)按照降温速率为40 °C /min降低温度为230?250 °C，保温Ih ；
[0027](5)冷却至室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
[0028]所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，制备方法中步骤(I)中将熔炼炉内温度升高至810°C。
[0029]所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，制备方法步骤(2)按照升温速率为30°C /min升高温度至900°C。
[0030]所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，步骤(3)按照降温速率为200C /min降低温度为690°C，保温3h。
[0031]所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，步骤(4)中按照降温速率为40 0C /min降低温度为240 °C。
[0032]有益效果:本发明的活塞用铝合金材料中加入了稀土元素，有效的提高了本发明的铝合金材料的机械强度，同时也提高了其在高温环境下机械强度的稳定性。当铝合金材料中 Ge 为 0.9wt%? 1.2wt%、Cs 为 0.6wt%? 0.8wt%、Pd 为 0.3wt%? 0.6wt%、Sn 为0.8wt%? 1.1wt %、Ti 为 0.9wt%? 1.1wt %、Tb 为 0.2wt%? 0.3wt%、Ce 为 0.3wt%?0.4wt%、余量为Al时，制备的活塞用铝合金材料的机械和耐热强度较高。
【具体实施方式】
[0033]实施例1
[0034](I)将熔炼炉内温度升高至830°C，温度固定后向熔炼炉内加入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h ； (2)按照升温速率为30°C /min升高温度至940°C，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h，各成分重量百分比为Ge为1.5wt%、Cs为0.5wt%, Pd为0.7wt%, Sn为1.4wt%、Ti为1.2wt%、Tb为0.4wt%、Ce为0.2wt%、余量为Al ； (3)按照降温速率为200C /min降低温度为710°C，保温3h ； (4)按照降温速率为40°C /min降低温度为250°C，保温Ih ; (5)冷却至室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
[0035]实施例1的活塞用铝合金材料的拉伸强度为385MPa，200°C下12h铝合金材料的强度残存率为91 %。
[0036]实施例2
[0037](I)将熔炼炉内温度升高至790°C，温度固定后向熔炼炉内加入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h ； (2)按照升温速率为30°C /min升高温度至880°C，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h，各成分重量百分比为Ge为0.6wt%、Cs为1.0wt%、Pd为0.2wt%, Sn为0.7wt%、Ti为0.6wt%、Tb为0.1wt %、Ce为0.5wt%、余量为Al ； (3)按照降温速率为200C /min降低温度为680°C，保温3h ； (4)按照降温速率为40°C /min降低温度为230°C，保温Ih ; (5)冷却至室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
[0038]实施例2的活塞用铝合金材料的拉伸强度为377MPa，200°C下12h铝合金材料的强度残存率为90%。
[0039]实施例3
[0040](I)将熔炼炉内温度升高至820°C，温度固定后向熔炼炉内加入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h ； (2)按照升温速率为30°C /m