CN101985706A - 热精锻连杆用铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热精锻连杆用铝合金材料，其组分中含有按重量百分比计量的Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Ti、Al、杂质和含有Re、Er、Zr混合的稀土复合添加剂。稀土复合添加剂由Re、Er和Zr混合而成。所述Re中含有75～80%Ce和20～25%La。该材料制备方法如下：在710℃～750℃温度下熔炼，接着向溶液中投入稀土复合添加剂，在搅拌及保温后浇注，然后取出铸件在400℃～420℃条件下锻造，最后作退火、固溶、淬火和人工时效处理。本发明可通过铸锻造提高铸件机械及力学性能，且价格低廉。

Description

热精锻连杆用铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种有色合金材料及其制备方法，特别是一种热精锻连杆用铝合金材料及其制备方法。

背景技术

连杆是活塞式柴油机、汽油机及压缩机的主要运动件，其一端连接曲轴，另一端通过活塞销连接活塞，连杆质量好坏直接影响整机的性能。从比强度和比模量等性能参数看，适合制作连杆的材料依次为钛、镁、铝和铁。对于民用发动机而言，制约连杆材料品种选取的主要因素是价格。上述几种金属材料中铝材密度小、自重轻、强度高，而且价格最低廉，所以说铝合金是制造民用发动机连杆的最常用材料之一。但是，现有铝合金是一种含硅8～13%的高硅铝合金，用常规工艺生产的高硅铝合金零件因晶粒粗大，其塑性差、强度低和韧性不好，制成的连杆不能用锻造方法提高相关机械性能。当今，人们已研制出多种可锻造的铝合金材料，但市场上至今仍没有一种在150℃时保持高温疲劳强度和低膨胀系数的铝合金材料上市。

发明内容

本发明主要针对现有铝合金铸件晶粒粗大、塑性差、强度低和韧性不好，以及不能锻造的不足，提出一种在铝合金熔液中添加少量稀土合金而变性生成热精锻连杆用铝合金材料，用该材料铸件晶粒细化、金相组织致密、耐磨、耐蚀，经锻造后能显著提高强度及韧性。同时提供实现该材料的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现技术目标。

热精锻连杆用铝合金材料，其改进之处在于：组分中含有按重量百分比计量的0.6～1.2%Si、0.1～0.7%Fe、3.8～4.7%Cu、0.4～1%Mn、0.4～0.8%Mg、0.01～0.3%Zn、0.01～0.15%Ti、89.5～93.6%Al、0.05～0.1%杂质和0.65～1.45%含有Re、Er、Zr混合的稀土复合添加剂。

上述稀土复合添加剂按重量百分比计量占组分的0.65～1.45%，其中含有0.5～1.1%Re、0.1～0.2% Er和0.05～0.15%Zr。所述Re中含有75～80%Ce和20～25%La。

热精锻连杆用铝合金材料的制备方法，其改进之处在于：该方法按下述顺序实施：

（1）熔炼：将按组分配制的铝合金料置入炉中熔化，熔炼温度为710℃～750℃；

（2）变性处理：向炉内铝合金溶液中加入按重量百分比计量的含有Re、Er、Zr混合的稀土复合添加剂，搅拌20min～60min，在720℃～740℃温度条件下保温1h～7h，变性处理后得到稀土铝合金；

（3）浇注：稀土铝合金溶液温度稳定在720℃～740℃时浇注；

（4）铸造件余热锻造：铸件温度降至470℃～500℃时取出即送到相应温度的保温箱中，锻造在400℃～420℃时进行；

（5）热处理：

（5.1）退火处理：铸件经锻造后加热至480℃～495℃，保温6～12h；

（5.2）固溶处理：在退火之后作固溶处理，其温度为490±5℃，保温8h；

（5.3）淬火处理：固溶处理后取出铸件在15秒内用55℃～60℃温水淬火；

（5.4）人工时效处理：铸件淬火后置入165±5℃炉中保温8h，然后出炉空冷。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、组分合理，组分中大大减少Si含量，添加了对铝有极强弥散能力的Re及其Er、Zr，铸造时不生成针状脆性物，铸件晶粒细化、组织致密，从而实现用锻造方法进一步提高强度和韧性指标。

2、铝合金熔液在添加复合稀土添加剂后形成稀土铝合金，稀土元素与Al、Si和Cu等元素相互作用生成稀土化合物相，并以球化状存在。

3、稀土铝合金具有很高的耐磨力学性能，用此材料制造连杆，大端无需装轴瓦，小端无需配衬套，大大简化其连接结构。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明。

本实施例热精锻连杆用铝合金材料，组分按重量百分比计量，其中Si0.9%、Fe0.4%、Cu4.3%、Mn0.7%、Mg0.6%、Zn0.15%、Ti0.08%、Re1.0%、Er0.15%、Zr0.11%、Al91.6%和杂质0.1%。本发明中还添加由Re、Er和Zr混合的稀土复合添加剂，其总量占组分的0.65～1.45%，所用的Re以Ce为主，La为辅助。本实施例中Re中含有76%Ce，24%La。

实现热精锻连杆用铝合金材料的制备方法如下：

1、熔炼：将按组分配制的铝合金料置入炉中熔化并作净化处理，熔炼温度为730±15℃；

2、变性处理：向炉内铝合金熔液中加入按重量百分比计量的含有Re、Er、Zr混合的稀土复合添加剂，加入后搅拌30min，保温2小时，通过变性处理得到稀土铝合金；

3、浇注：稀土铝合金溶液温度稳定在730±10℃时浇注；

4、铸造件余热锻造：铸件温度降至470℃～500℃时取出即送到相应温度的保温箱中，锻造时从保温箱中取出铸件，锻造在400℃～420℃时进行；

5、热处理：

5.1退火处理：铸件经锻造后加热至485±5℃，保温10h，通过退火消除再结晶组织或部分再结晶组织以及变形的纤维状组织，为随后的固熔时效作好组织准备；

5.2固熔处理：在退火之后作固溶处理，其温度为490±5℃，保温8h，使可溶相充分溶入固溶体；

5.3淬火处理：固熔处理后取出铸件在15秒内用55℃～60℃温水淬火；

5.4人工时效处理：铸件淬火后置入165±5℃炉中保温8h，然后出炉空冷。

本实施例共作3块120mm×60mm×25mm连杆试样，其组织晶粒度近1级，有关力学性能见下表：

本实施例试样力学性能测试表

试样

抗拉强度（MPa）

延伸率（%）

硬度（HBS）

1	470	9.7	135
				2	465	9.9	140
3	470	9.8	150

测试结果表明，本发明实施例试样的抗拉强度>465MPa，硬度HBS135～150，宏观组织集中性孔洞和分散性孔洞为1～3级，显微金相组织为1～3级，同一连杆硬度差小于HBS20，上述性能参数均优于现有高硅铝合金。

本发明添加的稀土材料量很少，所增加生产成本很低，可广泛应用制作各种发动机的连杆。

Claims (4)

1.一种热精锻连杆用铝合金材料，其特征在于：组分中含有按重量百分比计量的0.6～1.2%Si、0.1～0.7%Fe、3.8～4.7%Cu、0.4～1%Mn、0.4～0.8%Mg、0.01～0.3%Zn、0.01～0.15%Ti、89.5～93.6%Al、0.05～0.1%杂质和0.65～1.45%含有Re、Er、Zr混合的稀土复合添加剂。

2.根据权利要求1所述的热精锻连杆用铝合金材料，其特征在于：按重量百分比计量的0.65～1.45%稀土复合添加剂中含有0.5～1.1%Re、0.1～0.2% Er、0.05～0.15%Zr。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的热精锻连杆用铝合金材料，其特征在于：所述Re中含有75～80%Ce和20～25%La。

4.一种热精锻连杆用铝合金材料的制备方法，其特征在于：该方法按下述顺序实施：

（1）熔炼：将按组分配制的铝合金料置入炉中熔化，熔炼温度为710℃～750℃；

（2）变性处理：向炉内铝合金溶液中加入按重量百分比计量的含有Re、Er、Zr混合的稀土复合添加剂，搅拌20min～60min，在720℃～740℃温度条件下保温1h～7h，变性处理后得到稀土铝合金；

（3）浇注：稀土铝合金溶液温度稳定在720℃～740℃时浇注；

（4）铸造件余热锻造：铸件温度降至470℃～500℃时取出即送到相应温度的保温箱中，锻造在400℃～420℃时进行；

（5）热处理：

（5.1）退火处理：铸件经锻造后加热至480℃～495℃，保温6～12h；

（5.2）固溶处理：在退火之后作固溶处理，其温度为490±5℃，保温8h；

（5.3）淬火处理：固溶处理后取出铸件在15秒内用55℃～60℃温水淬火；

（5.4）人工时效处理：铸件淬火后置入165±5℃炉中保温8h，然后出炉空冷。