耐热铝硅合金材料、制造方法及耐热铝硅合金铸件技术

本发明专利技术公开了一种耐热铝硅合金材料、铸造方法及耐热铝硅合金铸件，按照重量分数计，包括如下组分：Si：7.0～8.0%，Cu：1.8～2.0%，Mn：0.3～0.5%，Mg：0.4～0.6%，Ti：0.15～0.3%，B：0～0.07%，余量为铝；其中杂质成分不超过0.15%。本发明专利技术通过在铸造铝硅合金中添加Cu、Mn元素并对合金成分进行优化，提高了合金的高温性能，耐热温度高达到250℃，能够在保持合金良好铸造工艺性同时，又具有良好的耐热性能，且合金在高温时的瞬时拉伸性能优异，均高于已有铸造Al

【技术实现步骤摘要】
耐热铝硅合金材料、制造方法及耐热铝硅合金铸件


[0001]本专利技术属于铝合金材料铸造
，具体而言，涉及一种耐热铝硅合金材料、制造方法及耐热铝硅合金铸件。

技术介绍

[0002]铸造铝硅合金具有良好的铸造工艺性，广泛用于铸造薄壁复杂的零件。近年来，随着航空发动机性能的提升，对于铝合金零件的耐热性能要求越来越高，最高已达到215℃。
[0003]但现有常用铸造铝硅合金如ZL101A、ZL101等合金在150℃时的抗拉强度降至室温的一半，200℃时性能下降至80～90MPa，铸件在高温下长时间工作会因性能下降而失效。由于航空发动机用铝合金铸件大多数壁厚较小（2.5~5mm），具有复杂空腔和管路结构，这些空腔和管路都要承受一定的压力，因此要求铸件组织致密，目前只能采用铸造铝硅系合金进行铸造。
[0004]因此，必须研制出一种具有耐热性能的铸造铝硅合金，在保持合金良好铸造工艺性时，又具有良好的耐热性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种耐热铝硅合金材料、制造方法及耐热铝硅合金铸件，合金材料的耐热温度达到250℃，能够在保持合金良好铸造工艺性，同时又具有良好的耐热性能。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种耐热铝硅合金材料，按照重量分数计，包括如下组分：Si：7.0～8.0%，Cu：1.8～2.0%，Mn：0.3～0.5%，Mg：0.4～0.6%，Ti：0.15～0.3%，B：0～0.07%，余量为铝；其中杂质成分不超过0.15%。r/>[0007]根据本专利技术，按照重量分数计，耐热铝硅合金材料包括如下组分：Si：7.6～7.9%，Cu：1.81～1.93%，Mn：0.4～0.5%，Mg：0.4～0.56%，Ti：0.20～0.25%，B：0.035～0.037%，余量为铝；其中杂质成分不超过0.1%。
[0008]根据本专利技术，按照重量分数计，耐热铝硅合金材料包括如下组分：Si：7.6%，Cu：1.93%，Mg：0.55%，Mn：0.4%，Ti：0.25%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：8.0%，Cu：1.81%，Mg：0.55%，Mn：0.4%，Ti：0.25%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.5%，Cu：1.9%，Mg：0.56%，Mn：0.4%，Ti：0.23%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.9%，Cu：1.85%，Mg：0.56%，Mn：0.41%，Ti：0.22%，B：0.037%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.5%，Cu：1.8%，Mg：0.56%，Mn：0.4%，Ti：0.20%，B：0.035%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.5%，Cu：1.9%，Mg：0.56%，Mn：0.4%，Ti：0.23%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%。
[0009]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种耐热铝硅合金材料的制造方法，包括：称取原料组分如下：精铝锭：16.3~30.3份，中间合金Al
‑
Si：58.3~66.7份， Al
‑
Cu：3.6~4.0份，Al
‑
Mn：3.0~5.0份，Al
‑
Ti：0.4~3.0份，Al
‑
Ti
‑
B：0~7.0份，镁锭：0.4~0.6份；采用高纯Al
‑
Si、Al
‑
Cu、Al
‑
Mn、Al
‑
Ti、Al
‑
Ti
‑
B中间合金、镁单质以及纯度为
99.97%以上的精铝锭作为原料；将上述原料放入电炉中熔炼，冷却，用Sr元素进行变质处理，采用氩气
‑
氯气混合气进行精炼，得到耐热铝硅合金材料。
[0010]根据本专利技术，耐热铝硅合金材料的制造方法包括以下步骤：熔炼时先向石墨坩埚中加入精铝锭、Al
‑
Si、Al
‑
Cu、Al
‑
Mn中间合金，全部熔化后在690~700℃加入单质Mg，以减少Mg的烧损；将熔体温度升至740℃
‑
760℃，加入Al
‑
Ti、Al
‑
Ti
‑
B中间合金，并始终保持熔体温度不低于740℃，且熔体一直处于搅拌状态，保持15~20min；降低电炉功率，使熔体的搅拌状态减弱，液面氧化膜保持完整状态，用含氯0.5%的氩氯混合气对熔体进行旋转喷吹精炼，精炼10min后加入AlSr5中间合金，用量为熔体重量的0.8%~1%，再用纯氩气对熔体进行旋转喷吹精炼，静置10~15min后扒去表面浮渣，得到耐热铝硅合金材料的熔体。
[0011]根据本专利技术，采用中频炉或工频炉进行熔炼，利用感应电流对熔体不断进行搅拌，以保证熔体均匀。
[0012]根据本专利技术的又一方面，提供了一种耐热铝硅合金铸件，采用上述任一种耐热铝硅合金材料铸造得到。
[0013]根据本专利技术，采用双级固溶加双级时效对所述耐热铝硅合金铸件进行热处理的步骤为：在530
±
5℃固溶，保温8～10小时；继续535
±
5℃固溶，保温6～8小时；在155
±
5℃时效，保温8～12小时；继续250℃
±
5℃，保温10～12小时。
[0014]根据本专利技术，铸件采用金属型、金属
‑
树脂砂复合型、金属
‑
陶瓷壳复合型或者反重力浇注方法铸造得到。
[0015]本专利技术的有益效果1）本专利技术通过在铸造铝硅合金中添加Cu、Mn元素并对合金成分进行优化，提高了合金的高温性能，合金材料的耐热温度高达到250℃，能够在保持合金良好铸造工艺性同时，又具有良好的耐热性能。
[0016]2）本专利技术的合金能够保持良好的铸造工艺性，能够实现薄壁复杂铸件的完整成形，液态合金流动性能好，实测螺旋流动性试样长度（710℃时）≥700mm，优于同温度下ZL101A、ZL114A的流动性。
[0017]3）合金在高温250℃时的瞬时拉伸性能为:σ
b
≥270MPa，σ
0.2
≥220 MPa，δ5≥5%。250℃保温50小时后的拉伸性能为:σ
b
≥140MPa，σ
0.2
≥90 MPa，δ5≥10%，均高于已有铸造Al
‑
Si合金的高温性能。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例1中制备的铝硅合金材料铸造的启动机叶轮的照片。
[0019]图2是本专利技术实施例2中制备的铝硅合金材料铸造的联动关节铸件的照片。
[0020]图3是本专利技术实施例3中制备的铝硅合金材料铸造的次散流道铸件的照片。
[0021]图4是采用本专利技术实施例4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热铝硅合金材料，其特征在于，按照重量分数计，包括如下组分：Si：7.0～8.0%，Cu：1.8～2.0%，Mn：0.3～0.5%，Mg：0.4～0.6%，Ti：0.15～0.3%，B：0～0.07%，余量为铝；其中杂质成分不超过0.15%。2.如权利要求1所述的耐热铝硅合金材料，其特征在于，按照重量分数计，包括如下组分：Si：7.6～7.9%，Cu：1.81～1.93%，Mn：0.4～0.5%，Mg：0.4～0.56%，Ti：0.20～0.25%，B：0.035～0.037%，余量为铝；其中杂质成分不超过0.1%。3.如权利要求1所述的耐热铝硅合金材料，其特征在于，按照重量分数计，包括如下组分：Si：7.6%，Cu：1.93%，Mg：0.55%，Mn：0.4%，Ti：0.25%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：8.0%，Cu：1.81%，Mg：0.55%，Mn：0.4%，Ti：0.25%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.5%，Cu：1.9%，Mg：0.56%，Mn：0.4%，Ti：0.23%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.9%，Cu：1.85%，Mg：0.56%，Mn：0.41%，Ti：0.22%，B：0.037%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.5%，Cu：1.8%，Mg：0.56%，Mn：0.4%，Ti：0.20%，B：0.035%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%；或者Si：7.5%，Cu：1.9%，Mg：0.56%，Mn：0.4%，Ti：0.23%，B：0.04%，余量为铝，其中杂质成分为0.1%。4.一种耐热铝硅合金材料的制造方法，其特征在于，包括：称取原料组分如下：精铝锭：16.3~30.3份，中间合金Al
‑
Si：58.3~66.7份， Al
‑
Cu：3.6~4.0份，Al
‑
Mn：3.0~5.0份，Al
‑
Ti：0.4~3.0份，Al
‑
Ti

【专利技术属性】
技术研发人员：洪润洲，张喆，左强，赵鹏，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：