一种用于生产双燃料发动机气缸盖的合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料领域，具体涉及一种用于生产双燃料发动机气缸盖的合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现有的双燃料发动机气缸盖一般采用铝合金的材料，重力铸造而成。铝合金材料最常用的是Al-Si铸造合金，铸造后采用时效硬化或沉淀强化而提高机械性能。但高温下，该材料的稳定性差，容易热疲劳，开裂等问题，不能满足发动机的需要。现有技术中合金气缸盖采用的材料是在铝硅合金的基础上，通过添加镁等微量元素，达到提高材料的综合力学性能。使用该方法生产的铝合金材料耐热性、耐蚀性不够高，组织不够致密，难以满足现阶段双燃料发动机的工况要求。因此，通过技术创新来提高产品的性能质量已经刻不容缓。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有较高的耐蚀性和耐热性，并且组织致密、成分均匀的用于生产双燃料发动机气缸盖的合金。本发明的另一个目的是提供上述合金的制备方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案为，一种用于生产双燃料发动机气缸盖的合金，其材料各组分的质量百分比为:锰0.3 %?0.6 %，铬0.4%?0.7 %，镍0.3 %?0.6%，钴 0.1%?0.3%，铜0.05%?0.15%，锆 0.05%?0.15%，钛 0.3%?0.8%，剩下是招。
[0005]上述合金组分优选为锰0.5%，铬0.6%，镍0.3%，钴0.2%，铜0.1%，锆0.1%,钛0.5%，剩下是铝。
[0006]上述用于生产双燃料发动机气缸盖的合金，其制备方法包括以下步骤:
[0007]步骤I，将原料按质量百分比混合；
[0008]步骤2，熔炼，控制出炉熔炼液体温度大于1500°C ；
[0009]步骤3，脱硫，将熔炼液体进行炉外脱硫，使脱硫后熔炼液体中硫的质量百分比为0.01以下；
[0010]步骤4，精炼，将脱硫后的熔炼液体在电炉中升温，使熔炼液体温度控制在15500C -1650°c，精炼 3 个小时；
[0011]步骤5，添加添加剂，分别为蠕化剂和合金剂，两种添加剂放置在熔炼液体包的两个区域内；
[0012]步骤6，采用冲入法对熔炼液体进行蠕化处理，将步骤4的熔炼液体倒入熔炼液体包内放置合金剂的区域，而后熔炼液体流到放置蠕化剂的区域；
[0013]步骤7，蠕化处理后，在熔炼液体表面撒上熔炼液体质量的0.4-0.5%孕育剂，保持熔炼液体温度1300°C以上，进行聚渣处理。
[0014]所述步骤5中,螺化剂优选为稀土娃合金。
[0015]本发明采用适宜的元素配比和生产方法，使得本发明的材料具有较好的耐蚀性、耐热性，并且组织致密、成分均匀等特点，具体优点如下:①加入Cu，可以形成Al-Cu合金，时效析出的CuA12有着明显的时效强化效果；②加入Mn，可以阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnA16化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用；③加入Ni，会形成许多复合相，如AlCuN1、NiA13等，显著增加了较高温度下基体的热稳定性和材料的热强性；④加入Zr，可以和铝形成ZrA13化合物，可以阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒加入钴Co，可以通过强化铝相从而对该合金进行强化；⑥加入Ti，可以和铝形成TiA12相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织的作用；本发明在熔炼时，采用铝锭直接加入熔融炉中进行熔炼。按合理配比的多元微量合金粉采用随出炉铝液加入熔化的方式，不在炉中熔炼，使得烧损率降低，保证了微量合金的有效含量。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例对本发明进行进一步描述。选取优选的合金组分优选为锰0.5%，铬0.6%，镍0.3%，钴0.2%，铜0.1%，锆0.1%，钛0.5%，剩下是铝。采用上述配比，使得缸盖能够承受双燃料发动机在燃烧时产生的高温。在结构上采用上下水套结构，上下水套间设置排气歧管，排气歧管的出口端被上下水套上下包围，从而更好的进行散热，水套在缸盖的外壁面设置连接点，从而使得冷却介质可以通过外壁的连接点进行换热。采用此种设计，由于上下水套包裹排气歧管出口，对于双燃料发动机的缸盖能够进行更好的散热，提高发动机的运行能效。
[0017]缸盖模具的制造方法，包括:制造第一主模具，包括排气歧管模具和上水套模具；制造第二主模具，包括下水套模具；将第一主模具连接到第二主模具，在两个模具之间进行连接，对应不同的型号的发动机，可以自由选择连接点的数量。排气歧管模具和上水套模具互相组合，由型芯座支撑。第一主模具被称为型芯，放置在铸模中以形成中空部分。型芯座从模具内部支撑型芯。型芯座可由本领域技术人员根据在此的说明设计和实现。由上水套模具形成的水套冷却由排气歧管模具形成的排气歧管。同样地，由下水套模具形成的水套冷却由汽缸体模具形成的汽缸体。
[0018]上述用于生产双燃料发动机气缸盖的合金，其制备方法包括以下步骤:
[0019]I)原料质量百分比混合，采用优选的合金组分，即锰0.5 %，铬0.6 %，镍0.3 %，钴0.2%，铜0.1%，锆0.1%，钛0.5%，剩下是铝。
[0020]2)熔炼，控制出炉熔炼液体温度大于1500°C，控制熔炼液体出炉速度；
[0021]3)脱硫，将熔炼液体进行炉外脱硫，使脱硫后熔炼液体中硫的质量百分比为0.01以下；
[0022]4)精炼，将脱硫后的熔炼液体在电炉中升温，使熔炼液体温度控制在15500C -1650°C，精炼 3 个小时；
[0023]5)添加添加剂，分别为蠕化剂和合金剂，两种添加剂放置在两个区域内，蠕化剂优选为稀土娃合金；
[0024]6)采用冲入法对熔炼液体进行蠕化处理，将步骤4的熔炼液体倒入熔炼液体包内放置合金剂的区域，而后熔炼液体流到放置蠕化剂的区域；由于熔炼液体和合金剂混合速度较慢，熔炼液体会首先和蠕化剂混合；
[0025]7)蠕化处理后，在熔炼液体表面撒上熔炼液体质量的0.4-0.5%孕育剂，保持熔炼液体温度1300°C以上，进行聚渣处理；
[0026]8)制作型芯，为所述气缸盖制备铸模；利用制芯的过程为了形成对应的空气流道，流道采用至少部分弯曲的空气流道型芯形成，空气流道型芯在模具机上固定；用步骤7制得的合金成分浇铸物料填充所述铸模；冷却所述浇铸物料直至硬化；去除所述空气流道型芯，形成双燃料发动机气缸盖；
[0027]9)浇注，浇注温度控制在1500°C以上，蠕化处理结束到浇注完毕的时间控制在20min之内。
[0028]上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种用于生产双燃料发动机气缸盖的合金，其特征在于材料各组分的质量百分比为:锰 0.3%?0.6%，铬 0.4%?0.7%，镍 0.3%?0.6%，钴 0.1 %?0.3%，铜 0.05%?0.15%，锆 0.05%?0.15%，钛 0.3%?0.8%，剩下是铝。2.如权利要求1所述的一种用于生产双燃料发动机气缸盖的合金，其特征在于合金组分为锰0.5%，铬0.6%，镍0.3%，钴0.2%，铜0.1 %，锆0.1 %，钛0.5%，剩下是铝。3.—种权利要求1所述的用于生产双燃料发动机气缸盖的合金的制备方法，其特征在于包含以下步骤: 步骤I，将原料按质量百分比混合； 步骤2，熔炼，控制出炉熔炼液体温度大于1500°C ； 步骤3，脱硫，将熔炼液体进行炉外脱硫，使脱硫后熔炼液体中硫的质量百分比为0.01以下； 步骤4，精炼，将脱硫后的熔炼液体在电炉中升温，使熔炼液体温度控制在15500C -1650°C，精炼 3 个小时； 步骤5，添加添加剂，分别为蠕化剂和合金剂，两种添加剂放置在熔炼液体包的两个区域内； 步骤6，采用冲入法对熔炼液体进行蠕化处理，将步骤4的熔炼液体倒入熔炼液体包内放置合金剂的区域，而后熔炼液体流到放置蠕化剂的区域； 步骤7，蠕化处理后，在熔炼液体表面撒上熔炼液体质量的0.4-0.5%孕育剂，保持熔炼液体温度1300°C以上，进行聚渣处理。4.如权利要求3所述的一种用于生产双燃料发动机气缸盖的合金的制备方法，其特征在于步骤5中，蠕化剂优选为稀土硅合金。
【专利摘要】本发明提供了一种用于生产双燃料发动机气缸盖的合金及其制备方法，其合金各组分的质量百分比为：锰0.3％～0.6％，铬0.4％～0.7％，镍0.3％～0.6％，钴0.1％～0.3％，铜0.05％～0.15％，锆0.05％～0.15％，钛0.3％～0.8％，剩下是铝；其制备方法包括混合、熔炼、脱硫、精炼、添加蠕化剂和合金剂、蠕化处理等步骤。本发明采用适宜的元素配比和生产方法，使得本发明的材料具有较好的耐蚀性、耐热性，并且组织致密、成分均匀等特点。
【IPC分类】C22C1/06, C22C1/02, C22C21/00
【公开号】CN104928538
【申请号】CN201410102951
【发明人】石长伟, 陈凌云, 刘云岭, 郭文婧, 于荣刚
【申请人】北京强度环境研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年3月19日