【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝合金材料，具体涉及到一种抗高温蠕变的al-ce-si铸造合金、制备方法及应用。
技术介绍
1、减轻汽车质量可以提高燃油利用率，节约有限资源，减少温室气体的排放，同时可以提高汽车行驶的平稳性和乘客的舒适性，因此全球各大汽车企业都在不断追寻汽车轻量化的结构材料。铝合金材料具有比强度高、导热性好、密度小和易加工的特点而在汽车工业领域备受青睐，常用于车身板、油底壳、气缸盖和发动机活塞等汽车零部件。其中，汽车发动机用铝合金制造带来的轻量化效果最为显著，可减轻30%以上的重量。而在汽车发动机部件中，约100% 的活塞和75%气缸壳体都是铸造铝合金。
2、目前，现代汽车发动机朝着大功率、高密度的方向发展，发动机零部件的服役环境愈发恶劣，需要长时间承受高温与载荷的耦合作用。汽车发动机活塞的工作温度可达300℃，且要经受压缩气体时带来的压力作用。常规的汽车发动机用铸造铝合金在铸造状态的力学性能难以满足服役要求，通常需要进行后续的热处理，这导致零件的制备工艺过程繁琐和生产成本上升。此外，常规的汽车发动机用铸造铝合金耐热性能差，在300℃时容易发生第二相粗化或溶解，造成零件的高温性能急剧下降，且零件容易在高温与载荷的作用下发生蠕变而变形甚至失效。
3、al-ce铸造合金具有出色的热稳定性、良好的流动性和低的热裂倾向，可以不经过热处理便可使用，是下一代汽车发动机零件的理想材料。ce是一种廉价的稀土元素，其资源相对丰富，常是提取昂贵稀土元素的副产品，作为al 的主要合金元素时不会大幅增加生产成本。ce和al在645
4、然而，al11ce3相对合金的强化能力较弱，导致al-ce铸造合金的室温和高温强度较低，难以达到现代大功率汽车发动机的要求。此外，合金中粗大的长块状初生al11ce3相受力时容易产生应力集中甚至发生破碎，在铝基体中形成微观裂纹，这不仅会损害合金的力学性能，还不利于合金的抗蠕变性能。因此，需要进一步提高al-ce铸造合金的高温强度和抗蠕变性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种抗高温蠕变的al-ce-si铸造合金、制备方法及应用。
2、本专利技术所采取的技术方案是：
3、第一个方面，本专利技术提供一种抗高温蠕变的al-ce-si铸造合金，以质量百分比计，所述合金的组成为：ce 10～13%，si 0.5～2.5%，ta 0.1～0.35%，余量为al和不可避免的杂质元素。
4、在一些实例中，以质量百分比计，该al-ce-si铸造合金中si/ta的用量比值大于或等于3。
5、在一些实例中，以质量百分比计，该al-ce-si铸造合金的组成为：ce 11.5%，si2%，ta 0.3%，余量为al和不可避免的杂质元素。
6、在一些实例中，以质量百分比计，该al-ce-si铸造合金中不可避免的杂质元素含量≤0.1%。
7、在一些实例中，所述al-ce-si铸造合金在300℃、拉伸应力为15 mpa条件下蠕变100h后的稳态蠕变速率≤7.45×10-9 s-1。
8、第二个方面，本专利技术第一个方面提供的al-ce-si铸造合金的制备方法包括以下步骤：
9、1）配料：按比例称取al原料、ce原料、si原料、ta原料进行预热；
10、2）熔炼：将预热的纯铝加热至750～800℃，全部熔化后，依次加入预热的ce原料、si原料、ta原料，全部熔化后搅拌均匀，降到725～735℃保温20～30 min；
11、3）精炼：隔绝氧气精炼，然后720～730℃保温10～15 min，然后进行扒渣浇注，冷却脱膜后，得到al-ce-si合金铸锭。
12、在一些实例中，所述步骤1）中的预热温度为150～170℃，预热时间为30～40 min。
13、在一些实例中，所述步骤3）的精炼时间为6～10 min。
14、在一些实例中，所述ce原料为al-20ce合金，所述si原料为al-20si合金，所述ta原料为al-5ta合金。
15、第三个方面，本专利技术第一个方面提供的al-ce-si铸造合金在制备发动机零件中的应用。
16、本专利技术的有益效果是：
17、本专利技术选择si元素添加到al-ce铸造合金，并将si含量控制在0.5～2.5%，可以有效提高合金的强度。一方面，si添加到合金后，凝固过程中会存在l→ α-al + alcesi的共晶反应，最终形成间距细小的层片状共晶组织。相比于汉字状的al11ce3相，层片状的alcesi相在高温下的粗化时间更长，具有更高的耐热性，大大提高了合金的高温强度。另一方面，si可以变质al11ce3相的相貌，促使al11ce3相由汉字状转变为纤维状并分布于共晶团边界，有利于强化薄弱的共晶团边界和阻碍裂纹沿边界快速扩展，最终提高了al-ce铸造合金的力学性能。
18、本专利技术的al-ce-si铸造合金的微观组织中存在大量的层片状alcesi相。不同于汉字状的al11ce3相，alcesi相在三维形貌上的长度和宽度更大。透射电子显微镜表征高温拉伸蠕变测试后的合金组织发现， alcesi相的三维相貌特征在空间上更能有效阻碍位错的运动，导致位错在相界附近大量塞积，从而提高了al-ce-si铸造合金的抗高温蠕变性能。
19、本专利技术的al-ce-si铸造合金加入了微量的ta元素，变质了初生al11ce3相的形貌和大小。不含ta元素时，初生al11ce3相的呈现横截面为方形的长块状，且尺寸大小超过了90 μm。这种初生相不具备强化铝基体的作用，反而割裂了合金的连续性和容易破裂而产生微观裂纹，降低了合金的强塑性。添加ta元素后，由于ta在铝基体中的固溶度较小，ta在凝固过程中会被固相排出并富集在固液界面前沿，阻碍初生al11ce3相的生长，促使初生al11ce3相由长块状转变为星芒状，而且尺寸降低至30～40 μm。初生al11ce3相的细化和形貌变化，有利于减少合金的应力集中和裂纹萌生，且在蠕变过程中不易在相界处产生蠕变孔洞，增强了合金的抗高温蠕变性能。
20、本专利技术的al-ce-si铸造合金在室温下的屈服强度为115～140 mpa，抗拉强度为213～230 mpa，在高温300℃下的屈服强度为80～97mpa，抗拉强度为128～136 mpa，在300℃且拉伸应力15 mpa下蠕变100h后的稳态蠕变速率低于7.45×10-9s-1。该合金可以不经过热处理便可使用，有利于节约生产成本、缩短生产周期和节能减排。
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1.一种抗高温蠕变的Al-Ce-Si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，所述合金的组成为：Ce 10～13%，Si 0.5～2.5%，Ta 0.1～0.35%，余量为Al和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的Al-Ce-Si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，Si/Ta的用量比值大于或等于3。
3.根据权利要求1或2所述的Al-Ce-Si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，所述合金的组成为：Ce 11.5%，Si 2%，Ta 0.3%，余量为Al和不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1所述的Al-Ce-Si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，所述不可避免的杂质元素含量≤0.1%。
5.根据权利要求1所述的Al-Ce-Si铸造合金，其特征在于，所述Al-Ce-Si铸造合金在300℃、拉伸应力为15 MPa条件下蠕变100h后的稳态蠕变速率≤7.45×10-9 s-1。
6.权利要求1～5任一项所述的Al-Ce-Si铸造合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3）的精炼时间为6～10 min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述Ce原料为Al-20Ce合金，所述Si原料为Al-20Si合金，所述Ta原料为Al-5Ta合金。
10.权利要求1～5任一项所述的Al-Ce-Si铸造合金在制备发动机零件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种抗高温蠕变的al-ce-si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，所述合金的组成为：ce 10～13%，si 0.5～2.5%，ta 0.1～0.35%，余量为al和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的al-ce-si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，si/ta的用量比值大于或等于3。
3.根据权利要求1或2所述的al-ce-si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，所述合金的组成为：ce 11.5%，si 2%，ta 0.3%，余量为al和不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1所述的al-ce-si铸造合金，其特征在于，以质量百分比计，所述不可避免的杂质元素含量≤0.1%。
5.根据权利要求1所述的al-ce-si铸造合金，其特征在于，所述...
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