一种高强度活塞铝合金及制备方法技术

本发明专利技术涉及铝合金技术领域，具体涉及一种高强度活塞铝合金，以重量百分比计原料各组分组成如下：

【技术实现步骤摘要】
一种高强度活塞铝合金及制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金
，具体涉及一种高强度活塞铝合金及制备方法
。

技术介绍

[0002]铝及铝合金具有轻量性
、
耐蚀性
、
易成形性
、
高比强度
、
高导电性和导热性
、
易回收性等诸多优良的特性，因此被广泛运用于建筑
、
汽车
、
飞机
、
船舶
、
国防工业等各个行业
。
含
Cu、Ni、Mg、V、Ti、Zr
等合金元素的多元
Al
‑
Si
系合金由于拥有良好的铸造性能和较小的线膨胀系数，同时金属间强化相的存在使合金的硬度和强度提高，耐磨性和耐蚀性表现较好
。
这类合金满足材料对密度
、
高温疲劳强度
、
热膨胀系数
、
导热性
、
耐热性和耐磨性的要求，常用于内燃机活塞等轻质高强零部件的制造
。
[0003]活塞是内燃发动机部件中工作环境最恶劣
、
结构复杂的运动部件，主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴
。
由于活塞直接与高温高压燃气相接触，承受较大的热负荷和机械负荷
。
同时，发动机功率和扭矩不断增大，导致的燃烧室压力和温度大幅升高，活塞需要承受较高的热机械载荷，对铝合金活塞的强度提出了更高的要求，常温抗拉强度
≥280MPa
，常温延伸率
≥1
％，高温
(350℃)
抗拉强度
≥90MPa
，高温
(350℃)
延伸率
≥7
％，体积稳定性
≤0.01
％
D
，线胀系数
(20
‑
400℃)≤21.8x10
‑
6/℃
，活塞喉口部位金相组织
≤4
级；而原铝合金活塞的要求为常温抗拉强度
≥225MPa
，常温延伸率
≥0.5
％，高温
(350℃)
抗拉强度
≥80MPa
，高温
(350℃)
延伸率
≥2
％，体积稳定性
≤0.01
％
D
，线胀系数
(20
‑
300℃)≤21.5x10
‑
6/℃
，活塞喉口部位金相组织
≤4
级；与原活塞性能要求相比，铝合金活塞性能主要提升的是抗拉强度及其延伸率，常温抗拉强度最小值提高
55MPa
，常温延伸率最小值提升
0.5
％，高温
(350℃)
抗拉强度最小值提高
10MPa
，高温
(350℃)
延伸率最小值提升5％
。
[0004]目前铝合金活塞一般采用金属型重力铸造方式生产，由于凝固过程中冷却速度较慢，组织中存在较大的块状初晶硅组织和呈杆状分布的共晶硅组织，同时活塞材料中的杂质元素
Fe
，为了改善
Fe
元素形态添加的
Mn
，以上两种元素降低了活塞材料的疲劳强度和导热系数
。
虽然现有的材料成分及铸造工艺基本能够满足要求，已经不能满足日趋严苛的使用要求
。
需要从材料成分
、
合金细化
、
活塞热处理等方面采取措施，提升铝活塞的综合性能，以提高活塞的使用寿命
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是针对现有技术的问题和不足之处而提供了一种高强度
、
高延伸率
、
高抗疲劳强度活塞用铝硅合金材料
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]一种高强度活塞铝合金，以重量百分比计原料各组分组成如下：
Si
：
11.5
‑
12.0
％，
Cu
：
4.35
‑
4.55
％，
Ni
：
2.2
‑
2.6
％，
Mg
：
1.0
‑
1.15
％，
V
：
0.08
‑
0.11
％，
Ti
：
0.08
‑
0.11
％，
Zr
：
0.06
‑
0.09
％，
Fe
：
0.3
‑
0.4
％，
P
：
≥0.0060
％，其余为
Al。
[0008]一种高强度活塞铝合金的制备方法，包括以下制备步骤：
[0009]S1、
铝合金熔炼；
[0010]S2、
铝液精炼；
[0011]S3、
铝合金活塞热处理
。
[0012]具体的，所述步骤
S1
包括以下子步骤：
[0013]S11、
在工频炉炉底加入硅，然后倒入天然气连续熔化炉里熔化好的铝液，再加铜
、
镍，开启工频炉升温，待铝液温度达到
780℃
±
20℃
时加入镁合金
、
铝钒合金
、
铝钛合金
、
铝锆合金
、
铝磷合金；
[0014]S12、
继续升温至
900
‑
930℃
进行保温扩散熔炼，保温扩散时间为
20
‑
40
分钟；
[0015]S13、
成分取样，待成分合格后，进行出水操作
。
[0016]具体的，所述步骤
S2
包括以下子步骤：
[0017]S21、
铝液除
Ca
预处理，预处理温度：
770
‑
790℃
；除气机转速控制在
480
‑
520
转
/min
，气体压力控制在
0.5
‑
0.6MPa
，气流量控制在5‑
15L/min
时，加入一定量的除
Ca
熔剂，旋转除气5分钟；
[0018]S22、
铝液精炼处理，精炼温度：
770
‑
790℃
；将
60g
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高强度活塞铝合金，其特征在于，以重量百分比计原料各组分组成如下：
Si
：
11.5
‑
12.0
％，
Cu
：
4.35
‑
4.55
％，
Ni
：
2.2
‑
2.6
％，
Mg
：
1.0
‑
1.15
％，
V
：
0.08
‑
0.11
％， Ti
：
0.08
‑
0.11
％，
Zr
：
0.06
‑
0.09%
，
Fe
：
0.3
‑
0.4
％，
P
： ≥0.0060%
，其余为
Al。2.
一种高强度活塞铝合金的制备方法，其特征在于，应用如权利要求1所述的高强度活塞铝合金，包括以下制备步骤：
S1、
铝合金熔炼；
S2、
铝液精炼；
S3、
铝合金活塞热处理
。3.
根据权利要求2所述的一种高强度活塞铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
包括以下子步骤：
S11、
在工频炉炉底加入硅，然后倒入天然气连续熔化炉里熔化好的铝液，再加铜
、
镍，开启工频炉升温，待铝液温度达到
780℃
±
20℃
时加入镁合金
、
铝钒合金
、
铝钛合金
、
铝锆合金
、
铝磷合金；
S12、
继续升温至
900
‑
930℃
进行保温扩散熔炼，保温扩散时间为
20
‑
40
分钟；
S13、
成分取样，待成分合格后，进行出水操作
。4.
根据权利要求3所述的一种高强度活塞铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤
S2
包括以下子步骤：
S21、
铝液除
Ca
预处理，预处理温度：
770
‑
790℃
；除气机转速控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长军，彭明诚，何光驰，曾凡伟，谢成明，余小琴，
申请(专利权)人：成都银河动力有限公司，
类型：发明
国别省市：