CN102181758B - 铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸造铝合金及其制造方法，所述铸造铝合金按重量百分比包括：11-13％的Si、2-4％的Cu、0.5-1.2％的Mg、2-3.5％的Ni、0.08-0.18％的Ti和0.1-0.2％的V，其余为铝锭，所述铝锭牌号为Al99.50；本发明所述的铸造铝合金，与现有铸造铝合金ZL109相比较，综合力学性能大大提高，高温热疲劳强度提高了10％；所得铝合金经中国工程物理研究院环境实验中心铝合金拉伸性能试验检测，各项指标远远超过国家规定的合格标准。该铸造铝合金用于发动机活塞的制造，可以大大提高发动机活塞工作性能，还能大大延长活塞的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种新材料及其制备方法，特别设计一种新型铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
随着人们的需求及对环境要求的提高，国家对现代的汽车发动机的要求也不断提高，要求现代的发动机（特别是中、小功率发动机）必须有高功率、高转速、低油耗、低排放及低噪声等要求，这对发动机零部件也提出了更高的要求。活塞作为发动机的心脏，工作环境非常恶劣（具有高温、高压、高磨擦等）。活塞的材料是活塞品质的基本载体，为了适应现代发动机的要求，只有活塞的材料的性能发生大幅度提升 ,其他应用的高新技术才能在此基础上得以充分体现；现有发动机活塞大多采用铸造铝合金ZL109材料，但是该材料的高温抗拉强度、弹性模量、热传导率、线性膨胀率、硬度等综合性能较差，使得发动机活塞工作性能受限，使用寿命较低。
针对上述不足，需要对发动机活塞的材料进行改进，在发动机活塞恶劣的工作环境下，不仅提高其工作性能，而且还大大延长其使用寿命。
发明内容
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种新型铸造铝合金及其制备方法，所述新型铸造铝合金材料的综合力学性能显著提高，该新型铸造铝合金用于发动机活塞的制造，可以大大提高发动机活塞工作性能，还能大大延长活塞的使用寿命。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种新型铸造铝合金，按重量百分比包括：11—13%的Si、2—4% 的Cu、0.5—1.2%的 Mg、2—3.5%的 Ni、0.08—0.18%的Ti和0.1—0.2%的V，其余为铝锭。
进一步，所述铝锭牌号为Al99.50。
本发明的技术方案还包括一种新型铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
a、将熔炼炉干燥后，按权利要求1所述的配比取2—4%的铜和2—3.5%的镍放入熔炼炉中，继续升温，至铜和镍熔化；
b、加入铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待熔化后加入剩下的二分之一铝锭；
c、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按权利要求1所述的配比加入11—13%的硅粒，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；
d、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒和铜镍全部熔化后，控制在850℃进行保温1.5-2小时；e、保温完毕后加入0.5-1.2％镁块和0.08-0.18％钛、0.1-0.2％钒，其中钛和钒必须以铝钛合金和铝矾合金的形式加入，而且钛和钒在铝钛合金和铝矾合金中的比例不能变化，另加 0.2-0.4％出渣剂，10-15分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的
| 性能指标 | 合金 |
硅、铜、镍和镁全部熔化，充分搅拌均匀.
f、最后进行精炼、变质和除气处理，即可完成本发明新型铸造铝合金的制备。
进一步，步骤e和f之间，还包括步骤e1：化学成分分析：e步骤中最后再次确认铝液中的硅、铜、镍和镁全部熔化，充分搅拌均匀之后，取试样进行化学成分分析。
本发明的有益效果是：采用本发明所述的制备方法所得的新型铸造铝合金，综合力学性能大大提高，与现有铸造铝合金ZL109相比较，高温热疲劳强度提高了10％；该新型铸造铝合金用于发动机活塞的制造，可以大大提高发动机活塞工作性能，还能大大延长活塞的使用寿命。所述产品经中国工程物理研究院环境实验中心铝合金拉伸性能试验检测，各项指标远远超过国家规定的合格标准。具体性能指标见下表(国家标准铝合金ZL109与本合金的性能对比表)：
具体实施方式
实施例1：本实施例的新型铸造铝合金，按重量百分比包括：11％的Si、4％的Cu、0.5％的Mg、3.5％的Ni、0.08％的Ti和0.2％的V，其余为铝锭；其中，铝锭牌号为Al99.50。
本新型铸造铝合金的制备方法为：包括以下步骤：
a、将熔炼炉干燥后，取400千克的铜和350千克的镍放入熔炼炉中，继续升温，至铜和镍熔化；
b、加入铝锭：先投入4036千克的铝锭，继续加热，待熔化后再加入4036千克铝锭；
c、当铝锭全部熔化至熔融状态时，加入1100千克的硅粒，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；
d、加热升温，控制炉膛温度在900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒和铜镍全部熔化后，控制在850℃进行保温1.5小时；
e、保温完毕后加入50千克镁块、8千克钛和20千克钒，其中钛和 钒以铝钛合金、铝矾合金的形式加入，而且钛、钒在铝钛合金、铝矾合金中的比例不能变化，另加20千克的出渣剂，15分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍、镁全部熔化，充分搅拌均匀；
f、最后进行精炼、变质和除气处理，即可得到本发明所述的新型铸造铝合金。
将本实施例所得的新型铸造铝合金进行铝合金拉伸性能试验检测，各项指标分别为：
实施例2：本实施例的新型铸造铝合金，按重量百分比包括：13％的Si、2％的Cu、1.2％的Mg、2％的Ni、0.18％的Ti和0.1％的V，其余为铝锭。其中，铝锭牌号为Al99.50。
本新型铸造铝合金的制备方法为：包括以下步骤：
a、将熔炼炉干燥后，取200千克的铜和200千克的镍放入熔炼炉中， 继续升温，至铜和镍熔化；
b、加入铝锭：先投入4076千克的铝锭，继续加热，待熔化后再加入4076千克的铝锭；
c、当铝锭全部熔化至熔融状态时，加入1300千克的硅粒，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；
d、加热升温，控制炉膛温度在850℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒和铜镍全部熔化后，控制在850℃进行保温2小时；
e、保温完毕后加入120千克镁块和18千克钛、10千克钒，其中钛和钒必须以铝钛合金、铝矾合金的形式加入，而且钛、钒在铝钛合金、铝矾合金中的比例不能变化，另加40千克出渣剂，10分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍、镁全部熔化，充分搅拌均匀.
f、最后进行精炼、变质和除气处理，即可完成本发明新型铸造铝合金的制备。
将本实施例所得的新型铸造铝合金进行铝合金拉伸性能试验检测，各项指标分别为：
实施例3：本实施例的新型铸造铝合金，按重量百分比包括：12％的Si、3％的Cu、0.8％的Mg、3％的Ni、0.12的Ti和0.15％的V，其余为铝锭。其中，铝锭牌号为Al99.50。
本新型铸造铝合金的制备方法为：包括以下步骤：
a、将熔炼炉干燥后，取300千克的铜和300千克的镍放入熔炼炉中，继续升温，至铜和镍熔化；
b、加入铝锭：先投入4046.5千克的铝锭，继续加热，待熔化后再加入4046.5千克的铝锭；
c、当铝锭全部熔化至熔融状态时，加入1200千克的硅粒，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；
d、加热升温，控制炉膛温度在880℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒和铜镍全部熔化后，控制在850℃进行保温1.8小时；
e、保温完毕后加入80千克镁块和12千克钛、15千克钒，其中钛和钒必须以铝钛合金、铝矾合金的形式加入，而且钛、钒在铝钛合金、铝矾合金中的比例不能变化，另加30千克出渣剂，12分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍、镁全部熔化，充分搅拌均匀；
f、最后进行精炼、变质和除气处理，即可完成本发明新型铸造铝合 金的制备。
将本实施例所得的新型铸造铝合金进行铝合金拉伸性能试验检测，各项指标分别为：
作为对上述实施例的进一步改进，步骤e和f之间，还包括步骤e1：化学成分分析：e步骤中最后再次确认铝液中的硅、铜、镍、镁全部熔化，充分搅拌均匀之后，取试样进行化学成分分析。把试样送到实验室用光谱仪进行成分分析，如成分不合格，对其缺少的原材料进行补充，直至试样成分合格为止。
最后说明的是，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 (2)
1.一种铸造铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
按重量百分比包括：11—13%的Si、2—4% 的Cu、0.5—1.2%的Mg、 2—3.5%的Ni、0.08—0.18%的Ti和0.1—0.2%的V，其余为铝锭；
a、将熔炼炉干燥后，按所述的配比取2—4%的铜和2—3.5%的镍放入熔炼炉中，继续升温，至铜和镍熔化；
b、加入铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待熔化后加入剩下的二分之一铝锭；
c、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按所述的配比加入11—13%的硅粒，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；
d、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒和铜镍全部熔化后，控制在850℃进行保温1.5—2小时； e、保温完毕后加入0.5—1.2%镁块和0.08—0.18%钛、0.1—0.2%钒，其中钛和钒以铝钛合金和铝矾合金的形式加入，而且钛和钒在铝钛合金和铝矾合金中的比例不能变化，另加0.2—0.4％出渣剂，10—15分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍和镁全部熔化，充分搅拌均匀；
f、最后进行精炼、变质和除气处理，即可完成本发明铸造铝合金的制备。
2.根据权利要求1所述铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤e和f之间，还包括步骤e1：化学成分分析：e步骤中最后再次确认铝液中的硅、铜、镍和镁全部熔化，充分搅拌均匀之后，取试样进行化学成分分析。
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