CN102312112A - 一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂 - Google Patents

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Abstract

一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂，属于铝硅合金技术领域，其特征为：组分按重量百分比计算，Ti为10～30％，Sr为10～30％，Cr为5～16％，Ni为5～16％，Zr为4～12％，B为4～12％，Ce为3～10％，La为3～10％，Y为3～10％，Nb为2～8％，V为2～8％，余为铝。所述复合变质剂为块状灰白色合金，熔点范围700-1200℃，复合变质剂加入量范围为0.2-1.0％。

Description

一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂
技术领域
本发明属于铝硅合金技术领域，特指一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂。
背景技术
铸造铝合金由于其密度小、比强度高等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。铝硅合金是制造发动机缸体、活塞等的主要材料。发动机在起动和停机时，伴有剧烈变化的非稳定温度场，此时将产生较大的热应力，使零件局部进入塑性区，并伴随短期蠕变。随着发动机功率系数的增大及大型化，对热应力及其伴生的损坏采取措施，作为设计上的要点比以往任何时候都重要。在发动机零件中，热应力最严重的是构成燃烧室的活塞、汽缸盖、缸套、排气阀等。对于发动机，由热应力引起的直接破坏也是高温低循环疲劳。在机械的汽缸、活塞与阀门等的设计中，必须考虑这样的温度场所引起的热应力。由于外界温度涨落在材料内部产生的热应力会造成裂纹萌生及其扩展，冷热循环过程中材料硬度会发生变化，氧化腐蚀对热疲劳性能有影响。然而直到现在，人们对热疲劳的认识仍不是很全面，国内热疲劳的定量研究还比较落后，生产实践中的热疲劳问题也没有得到彻底解决。本发明开发出一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂。
发明内容
一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂，其特征为，组分按重量百分比计算，Ti为10～30％，Sr为10～30％，Cr为5～16％，Ni为5～16％％，Zr为4～12％，B为4～12％，Ce为3～10％，La为3～10％，Y为3～10％，Nb为2～8％，V为2～8％，余为铝。所述复合变质剂为块状灰白色合金，熔点范围700-1200℃，复合变质剂加入量范围为0.2-1.0％。
上述用于铝硅合金的复合变质剂，成分可优选为：Ti为14～20％，Sr为14～20％，Cr为7～10％，Ni为7～10％％，Zr为6～9％，B为6～9％，Ce为5～7％，La为5～7％，Y为5～7％，Nb为4～6％，V为4～6％，余为铝。复合稀土变质剂加入量优选范围为0.4-0.6％。
具体实施方式
采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致。通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度。试样在室温20℃至350℃之间进行加热与冷却的热循环。采用计数器进行自动计数。试验步骤：(1)调整并保持炉温350℃，水温20℃；(2)快速加热试样；(3)加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为2min，入水冷却时间为10s，直至预定循环次数；(4)每循环400次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面产生的裂纹长度。
实施例1
材料为铝硅合金，化学成分为重量百分比，Si为6.5～7.5％，Cu为3.5～4.5％，Mn为0.30～0.45％，Mg为0.35～0.45％，Zn为0.4～0.6％，Fe≤0.35％，加入复合变质剂为0.5％，余为Al％。复合变质剂成分为重量百分比，Ti为12％，Sr为23％，Cr为5％，Ni为5％％，Zr为5％，B为5％，Ce为8％，La为8％，Y为4％，Nb为7％，V为1％，余为铝。采用中频感应熔化炉石墨坩埚进行熔化，除Mg、Zn、复合变质剂外，其它材料加入石墨坩埚内，熔化成合金液后升温至750℃左右，加入Mg和Zn，然后加入市售的除气剂进行除气，加入量为合金液的0.5％，除气结束后加入复合变质剂，复合变质剂加入量为合金液的0.3％，净置5min后出炉浇注，浇注温度为730～750℃。对浇注冷却后的铝硅合金材料采用线切割方法取样，热疲劳试样如图1所示。冷热循环11600次时，试样的的裂纹长度约为1.31mm，见表1。
实施例2
材料为铝硅合金，化学成分为重量百分比，Si为6.5～7.5％，Cu为3.5～4.5％，Mn为0.30～0.45％，Mg为0.35～0.45％，Zn为0.4～0.6％，Fe≤0.35％，加入复合变质剂为0.5％，余为Al％。复合变质剂成分为重量百分比，Ti为16％，Sr为16％，Cr为8.5％，Ni为8.5％％，Zr为7％，B为7％，Ce为6％，La为6％，Y为6％，Nb为5％，V为5％，余为铝。采用中频感应熔化炉石墨坩埚进行熔化，除Mg、Zn、复合变质剂外，其它材料加入石墨坩埚内，熔化成合金液后升温至750℃左右，加入Mg和Zn，然后加入市售的除气剂进行除气，加入量为合金液的0.5％，除气结束后加入复合变质剂，复合变质剂加入量为合金液的0.5％，净置5min后出炉浇注，浇注温度为730～750℃。对浇注冷却后的铝硅合金材料采用线切割方法取样，热疲劳试样如图1所示。冷热循环11600次时，试样的的裂纹长度约为1.0mm，见表1。
对比例
材料为铝硅合金，化学成分为(重量百分比)，Si为6.5～7.5％，Cu为3.5～4.5％，Mn为0.30～0.45％，Mg为0.35～0.45％，Zn为0.4～0.6％，Fe≤0.35％，余为Al％。采用中频感应熔化炉石墨坩埚进行熔化，除Mg、Zn、其它材料加入石墨坩埚内，熔化成合金液后升温至750℃左右，加入Mg和Zn，然后加入市售的除气剂进行除气，加入量为合金液的0.5％，除气结束后出炉浇注，浇注温度为730～750℃。对浇注冷却后的铝硅合金材料采用线切割方法取样，热疲劳试样如图1所示。冷热循环11600次时，试样的的裂纹长度约为2.26mm，见表1。
通过表1可以看出，与常规处理工艺得到的对比例相比，经过本发明复合变质剂处理的铝硅合金实施例1的热疲劳性能大幅度提高，并且用优选成分复合变质剂处理的实施例2的热疲劳性能比实施例1有明显提高。
表1热疲劳裂纹扩展数据
Figure BSA00000577604000031

Claims (2)

1.一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂，其特征为，组分按重量百分比计算，Ti为10～30％，Sr为10～30％，Cr为5～16％，Ni为5～16％％，Zr为4～12％，B为4～12％，Ce为3～10％，La为3～10％，Y为3～10％，Nb为2～8％，V为2～8％，余为铝。所述复合变质剂为块状灰白色合金，熔点范围700-1200℃，复合变质剂加入量范围为0.2-1.0％。
2.根据权利要求1所述一种提高铝硅合金热疲劳性能的复合变质剂，成分可优选为：Ti为14～20％，Sr为14～20％，Cr为7～10％，Ni为7～10％％，Zr为6～9％，B为6～9％，Ce为5～7％，La为5～7％，Y为5～7％，Nb为4～6％，V为4～6％，余为铝。复合稀土变质剂加入量优选范围为0.4-0.6％。
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