耐热铝模铸材料制造技术

一种含有１２．５％～１４．０％的Ｓｉ、３．０％～４．５％的Ｃｕ、１．４％～２．０％的Ｍｇ和１．１２％～２．４％的Ｚｎ的耐热Ａｌ模铸材料。当将合适量的Ｍｇ和Ｚｎ添加入Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金中以提高机械强度和咬合特性时，该模铸金属变得适于时效硬化处理。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及耐热Al模铸材料，尤其涉及适于制作内燃系统零件如活塞的耐热Al模铸材料。
技术介绍
传统的耐热Al材料由以合乎耐磨性、抗咬合性和耐热性的浓度添加入Al中的元素如Si、Cu、Mg、Ni和Ti构成。耐热Al材料的一个重要的应用是制成内燃系统的零件活塞。“铸Al合金”在JIS H 5202(1992)中被标准化。该标准中的表1列出了合金的类型和其代码，表2列出了化学组成，和表3列出了铸造金属试样的机械性能。以下表1至表3概括了JIS的表1至表3。表1 如表1右栏所示，在“应用”的标题下，AC8A、AC8B和AC8CAl合金模铸金属用于制作汽车中的活塞。表1第3栏中“模具类型”下的“金属模具”代表常规的金属铸造。表2 单位％ 表2表示了AC8A、AC8B和AC8C Al合金模铸材料的化学组成。AC8A为含有0.8％～1.3％的Cu、11.0％～13.0％的Si、0.7％～1.3％的Mg和0.8％～1.5％的Ni的Al-Si-Cu-Ni-Mg合金。AC8B为含有2.0％～4.0％的Cu、8.5％～10.5％的Si、0.5％～1.5％的Mg和0.1％～1.0％的Ni的Al-Si-Cu-Ni-Mg合金。AC8C为含有2.0％～4.0％的Cu、8.5％～10.5％的Si，0.5％～1.5％的Mg和0.5％～1.5％的Ni的Al-Si-Cu-Ni-Mg合金。如表2所示，Zn含量在AC8A中小于或等于0.15％，在AC8B和AC8C中小于或等于0.50％。“小于或等于”是指Zn含量可为0％。换句话说，Zn含量不应超过上述值(0.15％或0.5％)。表3 表3列出了铸造试样的机械性能，并提供了是否进行过任何处理的信息，并且，如果进行的话，为何种类型的处理。例如，AC8A、AC8B和AC8C的后缀代码“F”表示该合金只经过了铸造处理。后缀“T5”表示该合金经过了时效硬化。后缀“T6”表示该合金在溶液处理后经过了时效硬化。例如，最后一行的AC8C-T6合金经过了在约510℃下约4小时的溶液处理，随后在约170℃经过了约10小时的时效硬化。表3的第3列列出了拉伸强度。与“T5”相比，“F”的拉伸强度较高，而与“T5”相比，“T6”的拉伸强度较高。因此，“T5”或“T6”处理可用于提高强度。这些处理对提高退火过程中的尺寸稳定性也是有效的。表4JIS HS5302 Al模铸合金参照表1铸态模铸试样的机械性能 表4为JIS H 5302(1990)中的参照表1。ADC10和ADC12均为不含Mg的Al-Si-Cu合金。它们的组成在JIS H 5302(1990)中给出，在此将不列出。ADC10和ADC12为Al合金模铸金属，它们的组成与上述AC8A、AC8B和AC8C的金属不同。如表4第3栏所示，铸态金属ADC10具有245N/mm2的拉伸强度。与上述拉伸强度大于或等于170N/mm2的AC8A-F、AC8B-F和AC8C-F金属相比，ADC10具有不同的组成，并具有较高的拉伸强度。ADC12表现出了相似的性能。常规的铸造金属是通过重力铸造法生产的，而模铸金属是通过高压模铸造法制造的。高压模铸造导致铸造结构更致密，这也带来了更高的强度。如果对AC8A合金的“T5”时效硬化使拉伸强度从170N/mm2提高到190N/mm2，并且进行“T6”溶剂处理，随后时效硬化，使AC8A的拉伸强度从170N/mm2提高到270N/mm2，那么本专利技术的专利技术人设想可能通过处理模铸金属得到更高的强度。专利技术人首先进行了一项试验，其中制造了AC8A模铸金属，并进行T6溶液处理，随后时效硬化。所得的AC8A-T6金属被气孔覆盖，不能使用。人们相信在铸造过程中该合金中掺入了空气和其他气体，并作为气泡保留在模铸金属中。这些气泡在溶剂处理过程中在510℃下加热膨胀，并提升Al合金，该Al合金在高温下软化。另一方面，T5时效硬化的退火温度为约200℃。然而，甚至模铸AC8A-T5金属也表现出较低程度的起泡。该试验已证实ADC组成不同于JIS中的AC组成，以避免产生该现象。然而，本专利技术的专利技术人相信通过改良AC组成将可能对具有AC组成的模铸金属实施T5时效硬化。作为各种研究项目的结果，专利技术人发现了使AC模铸金属经得起T5处理的组成。
技术实现思路
本专利技术提供了含有12.5％～14.0％的Si、3.0％～4.5％的Cu、1.4％～2.0％的Mg和1.12％～2.4％的Zn的耐热Al模铸材料。该模铸材料在模铸后经时效硬化。因为具有上述组成的模铸材料经得起时效硬化，该材料具有更高的机械强度和抗咬合性。当Zn含量低于1.12％时，该模铸金属易于出现退火裂纹。当Zn含量高于2.4％时，该材料表现出较低的韧性。因此，Zn的含量应优选为1.12％～2.4％。添加到Al-Si-Cu合金中的适量的Mg和Zn会使模铸金属经得起退火。该类型的合金目前没有被商业化，因为该材料太易于出现退火裂纹—这是衡量模铸合金的一个重要方面。例如，JIS H 5302(1990)中定义的具有ADC14“模铸Al合金”组成(16.0％～18.0％的Si、4.0％～5.0％的Cu和0.45％～0.65％的Mg)的厚铸造金属，在铸造后易于出现许多微裂纹。类似地，具有14.0％的Si、3.3％的Cu和1.4％的Mg含量的合金在铸造后也出现微裂纹。该问题是由低至536℃的低共熔温度造成的，这取决于Cu和Mg的含量。因为低共熔温度较低，当金属铸造中具有最终产品形状的熔融金属固化和收缩、该退火材料变得足够强之前，模铸金属的厚和薄部位相遇处有压应力集中。结果，金属呈现出退火裂纹。为防止这些微裂纹产生，已添加Zn。结果，如果将等量的Mg和Zn与其它元素同时添加入Al中，观测到共熔温度将升至547～554℃。进一步的研究表明，只要Zn浓度为Mg含量的80％～120％，将获得类似的效果。附图简介以下将参照附图，仅以实施例的方式详细描述本专利技术的某些优选实施方案。附图中附图说明图1为表示本专利技术模铸金属的咬合特性图；图2A和图2B为表示温度和硬度随时间递降的关系图。以下描述仅为例证性，而非限制本专利技术、它的应用或使用。表5 通过向含有3.3％的Cu和14.0％的Si的Al合金中同时添加Mg和Zn来制造具有表5列出的AC组成的模铸金属。测量所得的具有AC组成的模铸金属的洛氏硬度(B级)。(硬度标作HRB)。在250℃下进行时效硬化处理约20分钟。参照试样1试样1包括0.8％的Mg和0.8％的Zn，并具有铸态硬度40(HRB)和后时效硬化处理硬度50(HRB)。参照试样2试样2包括1.4％的Mg和0.8％的Zn，并具有铸态硬度62(HRB)和后时效硬化处理硬度70(HRB)。该试样表明增加Mg含量提高了硬度。专利技术试样1专利技术试样1包括1.6％的Mg和1.7％的Zn，且铸态硬度70(HRB)和后时效硬化处理硬度80(HRB)。增加Mg和Zn含量使试样变硬。对各种试样的时效硬化特性作了下列观测对于参照试样1的合金，CuAl2是决定时效硬化特性的主要金属问化合物，而Mg2Si是次要的金属间化合物。对于参照试样2的合金，CuAl2和Mg2Si均为决定时效硬化特性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热Ａｌ模铸材料，含有：１２．５％～１４．０％的Ｓｉ；３．０％～４．５％的Ｃｕ；１．４％～２．０％的Ｍｇ和１．１２％～２．４％的Ｚｎ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高崎宪政，吉村祐子，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]