CN101722288B - 半固态铸造技术制备局部颗粒增强铝合金气缸套的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半固态铸造技术制备局部颗粒增强铝合金气缸套的方法，它适用于制备内表面颗粒增强的铝合金发动机缸套，可满足高耐磨和低排量的需求。其制备方法是：熔化并精炼铝硅合金并保温在730℃；将精炼好的过共晶铝硅合金降温至640～715℃；再把变幅杆伸入到中间浇注包熔体表面以下，600～660W超声功率下，保温、超声振动1～4分钟；然后将超声处理后的半固态浆料浇入预热到200～350℃的离心铸造成型模具中，在1200～1800rpm离心转速下成型，冷却凝固后获得内层局部颗粒增强铝合金气缸套毛坯；最后车削、绗磨即可获得气缸套零件。本发明制备内层局部增强铝合金气缸套，增强相颗粒细小，内表面增强颗粒均匀分布，制备工艺简单，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种半固态铸造技术制备局部颗粒增强铝合金气缸套的方法，它适用于提高发动机耐磨性、减少废气排放量和延长使用寿命的需求。
背景技术
过共晶铝硅合金初生硅晶粒较为粗大，过共晶铝硅合金气缸套在使用一段时间之后，内孔磨损加剧，缸壁和活塞环之间产生较大的间隙，致使发动机跑气，有效功率降低，机油耗量大幅度上升，发动机使用寿命降低。因此，研发改善气缸套内表面组织结构，获得具有更高耐磨性能、更低磨损系数的铝合金气缸套显得尤为重要。
半固态铸造技术是1971年由英国的Fl emings提出的先进铸造技术(见《特种铸造及有色合金》1998年第6期33～36页，《半固态金属成形应用的新进展与前景展望》，作者毛卫民等)，在过共晶铝硅合金铸件制备过程中，经常采用变质剂对过共晶合金进行变质处理(过共晶变质剂细化)，但是初生晶粒的细化效果不佳。因此有人提出利用超声波的空化效应可以使晶粒细化、组织均匀(见《特种铸造及有色合金》2006年第1期31～33页，《超声波在冶金及金属基复合材料制备过程中的应用》，作者冯海阔等)。
目前，制备过共晶铝硅合金气缸套的方法主要有中国专利200810070197.0公开的运用离心铸造法制备内层颗粒增强缸套及其制造方法。该缸套包括内层的增强层和外层的非增强层，增强层分布有大量初生硅和Mg2Si颗粒，非增强层中不包括初生硅和Mg2Si颗粒，增强层与非增强层通过冶金结合的过渡层进行结合，该缸套采用离心铸造方法制备而成，初生硅和Mg2Si颗粒粒径较大。以及英国专利GB972095公布了一种采用压铸成型技术制备高硅铝合金缸套的方法，也难以获得细小均匀的高硬度化合物质点相以及高硅质点。此外，中国专利200810163877.7公开的一种高硅铝合金缸套的制备方法。该方法需要先运用喷射沉积法获得挤压毛坯，然后挤压获得筒状挤压坯，最后热处理、机械加工获得缸套毛坯。所制备的材料具有较为细小的组织结构和较好的性能，但是所需的工序较长，加工成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，运用半固态铸造技术结合超声处理细化铸造成型的高硅铝合金缸套增强颗粒，提供一种半固态铸造技术制备局部颗粒增强铝合金气缸套的方法。
实现本发明步骤的过程为：
①熔炼好过共晶铝硅合金，并将熔炼好的过共晶铝硅合金降温至730℃；②将降温至640～715℃的熔体盛入中间包，同时超声波变幅杆伸入到中间浇注包熔体表面以下，在600～660W超声功率下超声振动1～4分钟，并保持熔体温度；③将半固体浆料浇入预热到200～350℃的离心铸造成型模具中，冷却凝固后获得粒径为15～25μm的内层局部颗粒增强铝合金气缸套毛坯；④机械车削、热处理、绗磨即可获得气缸套零件。
本发明的有益效果在于：
1.通过半固态铸造结合超声细化法可以细化凝固过程中合金的组织结构，获得尺寸较为细小的初生硅颗粒，该种组织结构可以极大提高材料的耐磨损性能，降低材料的摩擦系数和降低发动机油耗，最终在高性能发动机上得到应用。
2.本发明的工艺采用的技术方法只需要增加超声发生装置，生产流程短，制造成本低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是半固态离心铸造制备局部颗粒增强铝合金气缸套的工艺流程图。
具体实施方式
参见图1。本发明所述半固态铸造技术制备局部颗粒增强铝合金气缸套的方法的步骤如下：
①运用熔体熔炼装置熔炼好过共晶铝硅合金，进行除气、除渣处理后将熔炼好的过共晶铝硅合金降温至730℃待用；
②将降温至730℃的铝合金熔体盛入中间包，温度降低至640～715℃后将超声波变幅杆伸入到中间浇注包熔体表面以下，在600～660W超声功率下超声振动1～4分钟，并保持熔体温度；
③将超声振动处理后的半固态浆料浇入预热到200～350℃的离心铸造成型模具中，在1200～1800rpm的离心转速下成型，冷却凝固后获得内层局部颗粒增强铝合金气缸套毛坯；
④对离心铸造获得的气缸套毛皮进行机械车削、热处理和绗磨即可获得气缸套零件。
实施例1
合金原料：含硅为16～18％质量比的铝硅合金。
使用电阻加热炉熔炼100kg过共晶铝硅合金，进行除气、除渣处理将过共晶铝硅合金熔体降温至730℃待用；取出降温至730℃的过共晶铝硅合金熔体，盛入中间浇注包，待温度降至640～670℃温度区间后将超声波变幅杆伸入到中间浇注包熔体表面以下，在600～620W超声功率下超声振动1～2分钟，并保持熔体温度在640～670℃；将半固体浆料浇入预热至200～250℃的离心铸造成型模具中，在1200～1400rpm离心转速下成型，冷却凝固后获得内层局部颗粒增强铝合金气缸套毛坯；最后对气缸套毛皮进行机械车削、热处理、绗磨即可获得气缸套零件。所得气缸套内增强层初生硅颗粒的粒径为15～20μm，缸套内层耐磨性较常规离心铸造缸套耐磨性提高25％。
实施例2
合金原料：含硅为18～21％质量比的铝硅合金。
使用电阻加热炉熔炼100kg过共晶铝硅合金，进行除气、除渣处理将过共晶铝硅合金熔体降温至730℃待用；定量取出降温至730℃的过共晶铝硅合金熔体，盛入中间浇注包，待温度降至680～695℃温度区间后，将超声波变幅杆伸入到中间浇注包熔体表面以下，在620～640W超声功率下超声振动2～3分钟；将半固体浆料浇入预热至250～300℃的离心铸造成型模具中，在1400～1600rpm离心转速下成型，冷却凝固后获得内层局部颗粒增强铝合金气缸套毛坯；最后对气缸套毛皮进行机械车削、热处理、绗磨即可获得气缸套零件。所得气缸套内增强层初生硅颗粒的粒径为18～23μm，缸套内层耐磨性较常规离心铸造缸套耐磨性提高30％。
实施例3
合金原料：含硅为21～24％质量比的铝硅合金。
使用电阻加热炉熔炼100kg过共晶铝硅合金，进行除气、除渣处理将过共晶铝硅合金熔体降温至730℃待用；定量取出降温至730℃的过共晶铝硅合金熔体，盛入中间浇注包，待温度降至700～715℃温度区间后同时超声波变幅杆伸入到中间浇注包熔体表面以下，在640～660W超声功率下超声振动3～4分钟；将半固体浆料浇入预热至300～350℃的离心铸造成型模具中，在1600～1800rpm离心转速下成型，冷却凝固后获得内层局部颗粒增强铝合金气缸套毛坯；最后对气缸套毛皮进行机械车削、热处理、绗磨即可获得气缸套零件。所得气缸套内增强层初生硅颗粒的粒径为20～25μm，缸套内层耐磨性较常规离心铸造缸套耐磨性提高38％。
本发明中通过调整铝合金中硅含量、超声振动功率和时间、离心铸造模具温度和离心转速等工艺参数，可以实现可以把增强颗粒层中增强颗粒的细化和在气缸套内层的均匀分布，实现气缸套内层颗粒分数的可设计性与可控制性。
因此，通过简单的工艺调整，可以大大调整气缸套材料的构成，提高气缸套内表面的耐磨性能，并且制备工艺过程简单，产品质量高。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.半固态铸造技术制备局部颗粒增强铝合金气缸套的方法，其特征在于，有以下步骤：
①熔炼好过共晶铝硅合金，进行除气除渣处理后将熔炼好的过共晶铝硅合金降温至730℃保温待用；
②将降温至730℃的熔体盛入中间包，待温度降至640～715℃的半固态温度区间后，将超声波变幅杆伸入到中间包熔体表面以下，在600～660W超声功率下超声振动1～4分钟，并保持熔体温度；
③将超声振动处理后的熔体浇入预热到200～350℃的离心铸造成型模具中，在1200～1800rpm的离心转速下成型，冷却凝固后获得内层局部颗粒增强铝合金气缸套毛坯；
④机械车削、热处理、绗磨即获得气缸套零件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤①中过共晶铝硅合金中硅含量为16～18％；步骤②中将盛放在中间包中的熔体降温至640～670℃的半固态温度区间，在600～620W超声功率下超声振动1～2分钟；步骤③中离心铸造成型模具预热至200～250℃，在1200～1400rpm离心转速下成型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤①中过共晶铝硅合金中硅含量为18～21％；步骤②中将盛放在中间包中的熔体降温至680～695℃的半固态温度区间，在620～640W超声功率下超声振动2～3分钟；步骤③中离心铸造成型模具预热至250～300℃，在1400～1600rpm离心转速下成型。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤①中过共晶铝硅合金中硅含量为21～24％；步骤②中将盛放在中间包中的熔体降温至700～715℃的半固态温度区间，在640～660W超声功率下超声振动3-4分钟；步骤③中离心铸造成型模具预热至300～350℃，在1600～1800rpm离心转速下成型。
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