用于制备船用气缸活塞的铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于制备船用气缸活塞的铝合金及其制备方法，属于铝合金领域。该铝合金按重量百分比计包括硅15‑17％、铜1.25‑2.45％、铁0.5‑1.5％、镁0.2‑0.4％、硼0.02‑0.05％、钛0.02‑0.07％、锆0.03‑0.07％、钒0.03‑0.08％、镨0.01‑0.02％、钪0.01‑0.02％、钬0.01‑0.02％、钇0.01‑0.03％，余量为铝。该铝合金具有较强的耐摩擦性能及屈服强度和抗蠕变性能。该制备方法包括按上述配方依次进行铸锭、热挤压、淬火以及时效处理制得铝合金，制备工艺简单，能有效去除合金内应力，增强合金力学性能。

【技术实现步骤摘要】
用于制备船用气缸活塞的铝合金及其制备方法
本专利技术涉及铝合金领域，且特别涉及一种用于制备船用气缸活塞的铝合金及其制备方法。
技术介绍
铝合金是以铝为基础的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌或锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬或锂等。铝合金的加工性能好，尤其是亚共晶硅铝合金，不仅加工性能好，而且比重轻，表面美观且耐腐蚀，铸造性能好，制品综合力学性能好，可用于制作多种形态的部件，在许多领域中得到广泛应用。鉴于上述优点，现有的船用活塞通常采用铝合金为材料进行铸造。随着船舶行业的不断发展，船舶的载重量和航速不断的加快，其对动力的要求也越来越高，致使发动机的气缸在工作过程中对活塞产生的压力以及摩擦越来越强，用于制备船用气缸活塞的铝合金需要有更强的力学强度，现有技术主要通过增加铝合金的刚性来增加铝合金的耐摩擦性能，但是刚性的增强会使铝合金的屈服强度和抗蠕变性能下降，船用气缸活塞的寿命通常较短，需要经常进行更换。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于制备船用气缸活塞的铝合金，其兼具较强的耐摩擦性能及屈服强度和抗蠕变性能，用其加工制得的船用气缸活塞屈服强度高，抗磨和抗蠕变性能优良，使用寿命长。本专利技术的另一目的在于提供上述用于制备船用气缸活塞的铝合金的制备方法，该方法能够显著降低原料内的杂质含量及铝合金液的表面张力，提高铝合金液的铸造流动性，增加铝合金的综合力学性能。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种用于制备船用气缸活塞的铝合金，其按重量百分比计，包括：硅15-17％、铜1.25-2.45％、铁0.5-1.5％、镁0.2-0.4％、硼0.02-0.05％、钛0.02-0.07％、锆0.03-0.07％、钒0.03-0.08％、镨0.01-0.02％、钪0.01-0.02％、钬0.01-0.02％、钇0.01-0.03％，余量为铝。本专利技术提出一种用于制备船用气缸活塞的铝合金的制备方法，其包括：按比例称取原料，将原料于容器中熔化，从容器底部向熔体内通入预热2-3min后的惰性气体静置30-40min使浮渣充分漂浮于表面，捞除浮渣后保温静置10-20min，浇铸成型得铝合金铸锭；将铝合金铸锭依次进行热挤压处理、淬火处理以及时效处理；热挤压处理的温度为400-420℃，速度为0.2-0.5m/min；淬火处理的温度为530-540℃；时效处理的温度为180-200℃。本专利技术实施例的用于制备船用气缸活塞的铝合金及其制备方法的有益效果是：本专利技术提供的用于制备船用气缸活塞的铝合金加入硅元素及铜元素提高铝合金的强度，硅与铝可形成Al-Si共晶液相，其能够有效地提高铝合金液的铸造流动性；将铜加到该Al-Si合金中会形成α固溶体、CuAl2和Si相，α相分别与CuAl2和Si构成两相共晶体，同时这三个相又可共同构成三相共晶体，铜作为强化相固溶于铝基体中或以颗粒状化合物存在，用于显著提高铝合金的硬度和耐摩擦性能。但是，当铝合金中硅和铜含量的增加会使晶粒较大且分布不均匀，致使铝合金的屈服强度和抗蠕变性能显著下降。本专利技术在铝合金中加入微量的镨、钪、钬、钇四种稀土金属，并通过调节硅、铜与镨和钪共熔体的比例，能够降低α相的表面张力，减小α相的晶粒大小，使α相分布更均匀，从而改善铝合金的屈服强度和抗蠕变性能；钪、钬以及钇的共熔体能够有效去除铝合金中的金属及非金属杂质，其能够进一步提高铝合金的刚性。该制备方法采用上述铝合金的配方进行铝合金的制备，其制得的铝合金兼具优良的耐摩擦性能、屈服强度及抗蠕变性能。制备过程中，将惰性气体通入熔体内，便于原料内部的气体及固体杂质上浮并去除，从而提高铝合金的综合性能。同时该制备方法工序简单且耗时较少，能够将制造周期缩短，符合短流程工艺的节能绿色要求。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的用于制备船用气缸活塞的铝合金及其制备方法进行具体说明。本专利技术提出一种用于制备船用气缸活塞的铝合金，其按重量百分比计，包括：硅15-17％、铜1.25-2.45％、铁0.5-1.5％、镁0.2-0.4％、硼0.02-0.05％、钛0.02-0.07％、锆0.03-0.07％、钒0.03-0.08％、镨0.01-0.02％、钪0.01-0.02％、钬0.01-0.02％、钇0.01-0.03％，余量为铝。其中，硅元素和铜元素的主要作用是增加用于制备船用气缸活塞的铝合金的刚性和耐摩擦性能。硅与铝可形成Al-Si共晶液相，能够有效地提高铝合金铸造流动性。硅含量越高，铝合金的铸造流动性越好；同时，硅晶粒的化学稳定性好且具有较高的硬度(HV870-1050)，能够提高合金的硬度。铝合金中硅元素含量的增加使铝合金具有比纯铝更高的耐磨性。将铜加到该Al-Si合金中会形成α固溶体、CuAl2和Si相，α相分别与CuAl2和Si构成两相共晶体，同时这三个相又可共同构成三相共晶体，能够对铝合金进行固溶强化和弥散强化。当铜作为强化相固溶于铝基体中或以颗粒状化合物存在时，可显著提高铝合金的硬度及耐摩擦性能。但是，当铝合金中硅和铜含量过高时，由于强化相的晶粒较大且分布不均匀，致使该用于制备船用气缸活塞的铝合金的屈服强度和抗蠕变性能显著下降，使船用气缸活塞在气缸内高压气体的冲击下易发生变形及断裂，船用气缸活塞的寿命较短。在此基础上，本专利技术提供的用于制备船用气缸活塞的铝合金在原料中加入微量的镨、钪、钬、钇四种稀土金属。一方面，经专利技术人研究发现，通过调节硅、铜与镨和钪的共熔体的比例，将硅：铜：(镨+钪)的比例调整至15-16：1.25-2.45：0.02-0.04，优选为15.5-16.5：1.3-2.2：0.025-0.035的范围时，能够显著降低α相的表面张力，减小α相的晶粒大小，同时使α相分布更均匀，使铝合金在有较强的刚性的同时能够具有优良的屈服强度及抗拉伸性能。另一方面，稀土元素的物理化学性质活泼，添加微量的混合稀土元素可与铝合金液中的氧、氢、氮、碳、磷、硫、铁、铅等杂质元素反应生成高熔点的化合物并沉淀，对铝合金液有净化作用，可以降低铝合金液的表面张力，消除金属和非金属杂质元素的危害，提高铝合金液的铸造流动性、铝合金的力学性能。且经研究人发现，当钪、钬以及钇的共熔体，其除杂效果优良，铝合金的综合性能显著提高。此外，在本专利技术中，铁的主要作用是减少铝合金的粘模，铁与硅和铝形成Al-Si-Fe系晶析物，有助于铝合金的分散强化，能够改善铝合金的机械强度和拉伸性能，从而提高铝基的抗张强度、屈服极限等。镁的主要作用是细化晶粒，从而提高铝合金的屈服强度和抗蠕变性能；镁与硅可形成Mg2Si强化相，其能够增加铝合金的刚性。镁的加入能够减少铝合金液的粘模的倾向，使压铸件表面光滑，避免铝合金脱模时出现损伤。钛和铝反应形成TiAl3化合物，可细化α-Al晶粒。添加微量的钛元素，可使α-Al晶粒从粗大的树枝状转变为细小均匀的等轴晶，提高铝合金液的铸造流动性，改善铝合金的组织均匀性，提高铝合金的屈服强度和抗蠕变性能。在铝合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备船用气缸活塞的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，包括：硅15‑17％、铜1.25‑2.45％、铁0.5‑1.5％、镁0.2‑0.4％、硼0.02‑0.05％、钛0.02‑0.07％、锆0.03‑0.07％、钒0.03‑0.08％、镨0.01‑0.02％、钪0.01‑0.02％、钬0.01‑0.02％、钇0.01‑0.03％，余量为铝。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备船用气缸活塞的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，包括：硅15-17％、铜1.25-2.45％、铁0.5-1.5％、镁0.2-0.4％、硼0.02-0.05％、钛0.02-0.07％、锆0.03-0.07％、钒0.03-0.08％、镨0.01-0.02％、钪0.01-0.02％、钬0.01-0.02％、钇0.01-0.03％，余量为铝。2.根据权利要求1所述的用于制备船用气缸活塞的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，所述钪以及所述镨的总含量为0.025-0.035％。3.根据权利要求1所述的用于制备船用气缸活塞的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，所述钪、所述钬以及所述钇的总含量为0.035-0.065％。4.根据权利要求1所述的用于制备船用气缸活塞的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，所述硅的含量为15.5-16.5％。5.根据权利要求1所述的用于制备船用气缸活塞的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，所述铜的含量为1.3-2.2％。6.一种如权利要求1-5任一项所述的用于制备船用气缸活塞的铝合金的制备方法，其特征在于，包括：按比例称取原料，将所述原料于容器中熔化，从容器底部向熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增潮，李新生，罗乐，
申请(专利权)人：重庆顺博铝合金股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50