CN103045920A

CN103045920A - 一种高硅铝合金缸套材料及其制造方法

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Publication number: CN103045920A
Application number: CN201210563495XA
Authority: CN
Inventors: 孙廷富; 章国伟; 陈耘; 元涛; 陈敏; 翟景; 郭安振; 彭银江; 贺勇; 陈刚
Original assignee: No 52 Institute of China North Industries Group Corp
Current assignee: No 52 Institute of China North Industries Group Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103045920B

Abstract

本发明涉及到一种高硅铝合金缸套材料，其特征在于包括下述重量组成：Si 18.0%～26.0%；Fe 2.0%～5.0%；Ni 3.0%～7.0%；Cu 1.8%～3.0%；Mg 0.5%～0.8%；Mn 0.5%～0.8%；V 0.1%～0.3%；Al 余量，并且，7%≤Fe＋Ni≤10%，27%≤Fe＋Ni＋Si≤33%。本发明制备得到的高硅铝合金缸套材料及制品，具有高的工艺性能、力学性能以及摩擦学性能特点，其缸套工作面极大化的凸出硬质点相的承力、耐磨与周围凹坑储油、冷却与润滑作用，且对缸套内在颗粒尺寸以及工作面摩擦学形态尺寸的有效控制，其使用效果将更为优越。

Description

一种高硅铝合金缸套材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及到金属合金及其制备技术领域，具体指一种耐磨性好低膨胀系数的高硅铝合金缸套材料及其制备方法。

背景技术

配缸间隙是决定和影响发动机功率密度、废气压力、燃油消耗以及环境排放指标的重要参数。铸铁、钢缸套材料与铝合金活塞材料的热物理性能相容性差，难以缩小配缸间隙。而高硅铝合金缸套材料与铝合金活塞材料、铝合金缸体缸盖热物理学性能相近，可以显著地缩小配缸间隙，避免或克服相容性差的缺点。

高硅铝合金的摩擦学机制是软基体上分布着高硬度质点相，当摩擦发生时，高硬度质点相起到支撑、耐磨作用，周围产生的凹坑起到储油、冷却与润滑作用。高硬度质点相分布越均匀、颗粒尺寸控制合适将对摩擦学性能和高温性能有益。英国专利GB972095公布了一种含铜、镍、铁、锰等过渡族元素的高硅铝合金缸套材料，但配比不合理，致使合金的耐高温性能与摩擦学性能不足，而且采用压铸成型方法难以获得细小均匀的高硬度化合物质点相以及高硅质点，同时还造成了合金综合性能低、加工性能差等问题。英国专利GB2302695、欧洲专利EP367229以及美国专利US4155756、US4938810公布高硅铝合金不含镍、铁、锰等过渡族元素，仅含高量的硅元素。这类高硅铝合金脆性大，高温、室温力学性能严重过低，且这几份专利均采用粉末冶金工艺，制造成本高、工艺复杂，并且产品的性能均匀性差。

申请号为00124660.7和200510048662.7的中国专利申请公开的高硅铝合金，采用的是喷射沉积制造方法，制备得到的合金摩擦学性能以及力学性能较好，但材料脆性大，室温、高温力学性能不足。

公告号为101457318A的中国专利申请公开的高硅铝合金缸套材料及制备方法，铁含量高，导致组织中含有过多的针状、棒状铁相，不仅影响到材料及制品的性能，而且带来缸套成型加工工艺上的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种性能优异的高硅铝合金缸套材料。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种性能优异的高硅铝合金缸套材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该高硅铝合金缸套材料，其特征在于包括下述重量组成：

Si 18.0%～26.0%；

Fe 2.0%～5.0%；

Ni 3.0%～7.0%；

Cu 1.8%～3.0%；

Mg 0.5%～0.8%；

Mn 0.5%～0.8%；

V 0.1%～0.3%；

Al 余量

并且，7%≤Fe＋Ni≤10%，27%≤Fe＋Ni＋Si≤33%。

较好的，所述的高硅铝合金缸套材料，其特征在于包括下述重量组成：

Si 21.0%

Fe 4.0%

Ni 3.0%；

Cu 2.5%；

Mg 0.6%；

Mn 0.8%；

V 0.2%；

Al 余量。

在本发明中，Si能够提高合金耐磨性能与热物理性能，并对力学性能提高有益。固溶热处理后可析出硅镁、铝铜镁以及铝铜镁硅化合物相起强化作用。为最大化发挥Cu、Mg的强化效果，应有过剩硅存在。此外，过剩硅的作用是形成细小、分布均匀的硅晶体颗粒，对耐磨性能作用极大。

在本发明中，Fe作用机理是形成细小、分布均匀的复合相化合物，对提高耐磨性能、高温力学性能与热物理性能有益。但铁量过高将易形成Al₃Fe针棒状相对合金力学艺性能、变形加工性能带来难度。因此Fe的用量必须控制在一定范围。本申请经大量实验，选定Fe的含量2.0%～5.0%。

在本发明中，Ni的作用机制同铁元素，但不形成针棒状相，其细小、分布均匀的耐高温金属间化合物相，对提高耐磨性能、高温力学性能以及变形加工性能有益。镍可以完全取代铁，但镍贵稀缺，因此必须控制一定量。本发明经大量实验选定Ni的含量为3.0%～7.0%。

在本发明中，Cu的作用是形成细小、分布均匀的铝铜镁、铝铜金属间化合物相，从而提高合金的力学性能，但高温时铜化合物相有粗化倾向，因此必须控制一定量。本发明经大量实验，选定Cu的含量为1.8%～3.0%。

在本发明中，Mg的作用是与铝、硅、铜等形成时效析出相提高合金的力学性能以及摩擦学性能，但加入量过多会影响熔炼质量以及塑性等。本发明经大量实验，选定Mg含量为0.5%～0.8%。

在本发明中，Mn的作用是与铁、硅、铝等形成化合物相，对耐磨性能与高温力学性能以及热物理性能改善有有益影响，并改善铁相化合物形态，避免形成针棒状相使之有益于提高合金的综合力学性能。本发明经大量实验，选定Mn的含量为0.5%～0.8%。

在本发明中，V的作用是细化合金组织以及高温时阻碍晶界迁移，抑制组织粗化。

铝在本发明中是合金中的基体元素，其含量受合金化元素加入量约束。

上述高硅铝合金缸套的制备方法，其特征在于包括下列步骤：

①按配方配料：

精确配料按照本发明的合金，采用铝硅、铝铁、铝镍、铝铜、铝锰、铝钒中间合金以及纯铝、纯镁炉料，进行定量配料；其中铝硅中间相合金中硅的质量含量为40%，铝铁中间相合金中铁的含量为30%，铝铜中间相合金中铜的含量为50%、铝镍中间相合金中镍的含量为20%、铝锰合金中锰的含量为15%、铝矾合金中钒的含量为15%；

②熔炼、覆盖与精炼：

采用中频感应炉熔炼，熔炼时硅、铁、镍、铜、锰、钒以铝中间合金形式加入，熔化后调整铝液温度为720℃±10℃，加入铝、镁炉料；

覆盖剂的加入，以保护不出现裸露铝液面为准，以保护铝液避免氧化烧损，分别在熔化后、加镁后以及精炼净化后均匀撒入；

精炼净化，调整铝液温度750℃～800℃，加入总炉料重量的0.5%～1.0%的六氯乙烷与氟硅酸钠的精炼熔剂，用钟罩压入铝液中并均匀的搅动，对铝液进行精炼与净化处理，以去除铝液中渣物和有害气体；一直到无气体、气泡逸出为止，静置10～15分钟后扒去渣物，再均匀撒上一层覆盖剂；

所述覆盖剂为含钾氯盐和镁氯盐，所述覆盖剂的总用量为总炉料重量的1～3%；

③喷射沉积：

按步骤②的方法在中频感应熔炼炉中进行合金熔炼、除气与净化处理。然后到浇注温度后浇注到漏斗与导流嘴中控制金属流量，进入喷射沉积雾化器中喷射沉积，产生高度雾化的高速半固态溅射流，高速溅射沉积到接收底盘上，通过接收底盘向下的移动速度、旋转速度以及与雾化器摆角的匹配，可制备成不同直径大小的圆形锭坯；

控制金属流量浇注参数：

浇注温度：760～860℃

金属流量：6～8kg/min

喷射沉积参数：

扫描速度：20.9～23.3Hz；

气体流量：16～23Nm³/min；

氮气压力：6.5～9.5atm；

喷射高度：670～730mm；

喷射沉积、接收参数：

接收底盘旋转速度：2.45～3.16r/s；

接收底盘移动速度：0.57～0.70mm/s；

④硅颗粒粗化热处理

将步骤③制备的圆形锭坯送入热处理炉中，进行硅颗粒粗化热处理，在480～500℃下保温2.0～3.5小时，消除对摩擦学性能不利的极细小的硅颗粒使之长大到大颗粒尺寸，从而提高缸套工作面的耐磨损性能。

⑤挤压加工：

经过步骤④处理后，将圆形锭坯切割下料成要求的挤压坯，加热到挤压温度，保温一定时间，送入到挤压机中，在挤压冲头和芯棒共同作用下，挤压成厚壁管坯；

挤压参数：

挤压比：8～14；

挤压速度：1.2～1.5m/min；

挤压温度：400～460℃；

保温时间：按下述方法计算得到：

㈠挤压坯直径或厚度δ≤50mm时，保温时间

或δ（min）；㈡挤压坯直径

或厚度δ≥100mm时，保温时间

或δ（min）；㈢挤压坯直径

或厚度δ在50～100mm时，保温时间

或δ＋0.01(

或δ－50)或δ（min）；

⑥热处理：

将步骤⑤挤压成形的厚壁管坯切割下料成缸套尺寸要求的材料放入热处理炉中进行固溶处理与时效处理；

固溶处理参数：

固溶温度：480～515℃；

保温时间：1.0～2.5h；

热水淬火温度：60～100℃；

时效处理参数：

时效温度：160～220℃；

保温时间：4.0～12.0h；

将经过步骤⑥处理的缸套材料进行微观检测：组织中硅颗粒尺寸：2.0～10.0μm，最好为4.0～10.0μm，允许有个别颗粒尺寸大于10.0μm，但不得超过15.0μm；

组织中含铁、硅、锰以及含镍、铜、镁等化合物相颗粒尺寸：1.5～10.0μm，最好为4.0～10.0μm；

⑦机加工与精磨加工：

将经过步骤⑥处理的缸套材料进行机加工与精磨加工制备缸套：

润滑冷却剂：煤油；

缸套机械成型加工刀头：合金钢或金刚石刀头；

缸套工作面精磨加工刀头：硬质合金或金刚石精磨头；

⑧缸套工作面碱腐蚀加工：

将经过步骤⑦加工的缸套，如图4所示样品及材料进行碱腐蚀加工，腐蚀掉表面硬质点周围的铝基体，其形成的摩擦学表面特征：凸的硬质点与周围凹坑。

NaOH水溶液浓度：1%～5%；

NaOH水溶液温度：40～50℃；

腐蚀时间：10～60s；

腐蚀方法：试样或样品在NaOH水溶液中摇动或冲洗。

采用滤波或激光粗糙度测量仪测试腐蚀后的缸套工作面：

Rmax<3.0μm；Rz<3.0；Rk：<1.4μm；Rpk：<0.3μm；Rvk：<3.0μm；Mr2：>70%。

上述方法中，较好的，步骤②中所述的覆盖剂为MgCl₂.KCl溶剂，两者的重量比例为1:1；所述覆盖剂的制备方法为将MgCl₂.KCl加热到660～700℃熔化，然后冷却成固体后粉碎并球磨成粉，过20～50目筛即得到所述的覆盖剂。

步骤②中所述的精炼剂可以包括重量比为65%～75%的六氯乙烷和35%～25%的氟硅酸钠溶剂。

较好的，所述精炼剂为经由压制成型的直径为45～55mm，厚度为30～50mm的圆料块。

上述制备方法中，各参数优选：

所述喷射沉积的控制金属流量浇注参数为：

浇注温度：780～820℃

金属流量：6.5～7Kg/min；

所述喷射沉积的参数为：

扫描速度：22.3～23.3Hz；

气体流量：20～23Nm³/min；

氮气压力：7.5～8.5atm；

喷射高度：700～720mm；

所述的喷射沉积、接收的参数为：

接收底盘旋转速度：2.45～2.78r/s；

接收底盘移动速度：0.57～0.60mm/s。

所述的硅颗粒粗化热处理优选参数；

热处理保温温度：490℃±5℃；

保温时间：2.0～2.5h；

所述的挤压参数为：

挤压比：10～12；

挤压速度：1.3～1.4m/min；

挤压温度：420～440℃；

保温时间：计算按照：

㈠挤压坯直径或厚度δ≤50mm时，保温时间或δ（min）；㈡挤压坯直径

或厚度δ≥100mm时，保温时间或δ（min）；㈢挤压坯直径

或厚度δ在50～100mm时，保温时间

或δ＋0.01(

或δ－50)

或δ（min）。

所述的固溶处理参数为：

固溶温度：510～515℃；

保温时间：2～2.5h；

热水淬火温度：60～70℃；

时效处理优选参数：

时效温度：165～175℃；

保温时间：4.0～8.0h；

所述的碱腐蚀加工参数为：

NaOH水溶液浓度：2%～5%；

NaOH水溶液温度：40～45℃；

腐蚀时间：30～60s；

腐蚀方法：试样或样品在NaOH水溶液中摇动或冲洗。

与现有技术相比，本发明采用喷射沉积制造工艺，比粉末冶金工艺与压铸工艺优越；采用硅颗粒粗化热处理工艺，解决极细小硅相质点易脱落形成磨损磨料，对工作面耐磨损性能不利的缺点；采用碱腐蚀加工技术，能够极大化发挥工作面上硬质点相数量的有益作用，避免珩磨加工损失硬质点相数量的不利或不足。所制备得到的高硅铝合金缸套材料及制品，具有高的工艺性能、力学性能以及摩擦学性能特点，其缸套工作面极大化的凸出硬质点相的承力、耐磨与周围凹坑储油、冷却与润滑作用，且对缸套内在颗粒尺寸以及工作面摩擦学形态尺寸的有效控制，其使用效果将更为优越。

附图说明

图1为本发明实施例中喷射雾化沉积工艺装置示意图；

图2为本发明实施例的挤压加工过程装置的剖视示意图；

图3为本发明实施例的热处理工艺装置示意图；

图4为本发明实施例缸套的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例缸套微观结构硬质点分布形态图；

图6为本发明实施例工艺流程图。

图中，1-中频熔炼炉，2-漏斗，3-导流嘴，4-雾化器，5-溅射流，6-圆形锭坯，7-接收底盘，8-挤压冲头，9-挤压机，10-挤压坯，11-芯棒，12-厚壁管坯，13-缸套毛坯，14-热处理炉，15-摩擦学工作面，16-含铁、硅、锰等化合物相颗粒，17-硅晶体颗粒，18-含镍、铜、镁等化合物相颗粒；19-缸套。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

包含在本发明中的高硅铝合金缸套材料，其金属元素主要为铝、硅、铁、镍、锰、铜、镁、钒等元素。

高硅铝合金缸套的制备方法：

①成分设计与精确配料：按照本发明合金的成分配方进行精确配料。在配料方法上，对硅、铁、镍、锰、铜、钒等高熔点合金元素，采用中间合金的方法，进行配料，以便于能将这些高熔点合金元素加入到低熔点的铝中，即以Al-40%Si、Al-30%Fe、Al-20%Ni、Al-50%Cu、Al-15%Mn、Al-15%V中间合金的炉料形式进行配料。镁熔点与铝熔点相近以纯金属炉料的方式进行配料。在以中间合金的炉料方式配料后，铝量不足时，将以纯铝炉料的方式补足。

②熔炼、覆盖与精炼：

采用装炉量为120kg的中频感应炉熔炼，熔炼时硅、铁、镍、铜、锰、钒以铝中间合金形式加入，熔化后调整铝液温度为720℃±10℃，加入铝、镁炉料；

覆盖剂的加入，覆盖剂的用量以保护不出现裸露铝液面为准，以保护铝液避免氧化烧损，分别在熔化后、加镁后以及精炼净化后均匀撒入；采用重量比为1:1的含钾氯盐和镁氯盐覆盖剂，用量为总炉料重量的1%～3%；

精炼净化，调整铝液温度750℃～800℃，加入总炉料重量的0.5%～1.0%的六氯乙烷与氟硅酸钠的精炼剂，用钟罩压入铝液中并均匀的搅动，对铝液进行精炼与净化处理，以去除铝液中渣物和有害气体；一直到无气体、气泡逸出为止，静置10～15分钟后扒去渣物，再均匀撒上一层覆盖剂；

本实施例中的精炼剂为包括70%的六氯乙烷和30%的氟硅酸钠；

③喷射沉积：

在中频感应熔炼炉1中进行合金熔炼、除气与净化处理。然后到浇注温度后浇注到漏斗2与导流嘴3中控制导流，进入喷射沉积雾化器4中雾化沉积，产生高度雾化的高速半固态溅射流5，高速溅射沉积到接收底盘7上，通过接收底盘向下的移动速度、旋转速度以及与雾化器摆角的匹配，制备成直径350mm±10mm、长度450mm±50mm的圆形锭坯6；

控制金属流量浇注参数：

浇注温度：760～860℃

金属流量：6～8kg/min

喷射沉积参数：

扫描速度：20.9～23.3Hz；

气体流量：16～23Nm³/min；

氮气压力：6.5～9.5atm；

喷射高度：670～730mm；

喷射沉积、接收参数：

接收底盘旋转速度：2.45～3.16r/s；

接收底盘移动速度：0.57～0.70mm/s；

④硅颗粒粗化热处理

将步骤③制备的圆形锭坯6送入热处理炉中，进行硅颗粒粗化热处理。

热处理保温温度：480～500℃；

保温时间：2.0～3.5h；

⑤挤压加工：

将经过步骤④处理的圆形锭坯6切割下料成内直径125mm＋5mm、外直径350mm±10mm、长度450mm±30mm的挤压坯10，加热到挤压温度，保温210～235min，送入到挤压力35000kN、挤压筒直径370mm的挤压机9中，在挤压冲头8和直径为125mm的芯棒11共同作用下，挤压成形内直径125mm、外直径165mm的厚壁管坯12；

挤压参数：

挤压比：8～14；

挤压速度：1.2～1.5m/min；

挤压温度：400～460℃；

保温时间的计算如下：

挤压坯10外直径350mm±10mm，内直径125mm＋5mm，因此挤压坯厚度δ大于100mm，则保温时间应τ＝2δ（min）＝210～235（min）。

⑥热处理：

将经过步骤⑤挤压成形的厚壁管坯12切割下料成缸套尺寸要求的材料13放入热处理炉14中进行固溶处理与时效处理；

固溶处理参数：

固溶温度：480～515℃；

保温时间：1.0～2.5h；

热水淬火温度：60～100℃；

时效处理参数：

时效温度：160～220℃；

保温时间：4.0～12.0h；

⑦硬质点颗粒尺寸控制：

将经过步骤⑥处理的缸套毛坯13进行微观检测：组织中硅颗粒尺寸：2.0～10.0μm，最好为4.0～10.0μm，个别颗粒尺寸大于10.0μm，但不超过15.0μm；

⑧机加工与精磨加工：

将经过步骤⑥、⑦处理的缸套尺寸要求的材料13进行机加工与精磨加工：

润滑冷却剂：煤油；

缸套机械成型加工刀头：合金钢或金刚石刀头；

缸套工作面精磨加工刀头：硬质合金或金刚石精磨头；

⑨缸套工作面碱腐蚀加工：

将经过步骤⑧加工的缸套，如图4所示的缸套样品及材料进行碱腐蚀加工，腐蚀掉表面硬质点周围的铝基体，其形成的摩擦学表面特征：凸的硬质点与周围凹坑。

NaOH水溶液浓度：1%～5%；

NaOH水溶液温度：40～50℃；

腐蚀时间：10～60s;

腐蚀方法：试样或样品在NaOH水溶液中摇动或冲洗。

⑩缸套工作面形态控制：

将经过步骤⑨腐蚀加工的缸套工作面，采用滤波或激光粗糙度测量仪进行测试，其参数控制：

测试用样品件采用：

1、将经过步骤⑥处理的厚壁管坯解剖，切取圆形拉伸试样；

2、将经过步骤⑥处理的厚壁管坯解剖，切取金相试样；

3、将经过步骤⑥处理的厚壁管坯解剖，切取碱腐蚀试样；

4、将经过步骤⑨腐蚀加工的缸套或试块，切取摩擦学性能试样；

5、所述的高硅铝合金缸套制备方法，制造的缸套，如图4所示样品件。

实施例1、实施例2及实施例3

三个实施例的配方如表1所示。

表1各实施例化学成分（wt%）

以实施例2为例子做配料计算：

1）实施例2的化学成分按重量比例如下：

Si：21.0%；Fe：4.0%；Ni：3.0%；Cu：2.5%；Mg：0.6%；Mn：0.8%；V：0.2%；Al：余量的铝合金。

2）按炉料重量120公斤，进行配料计算：

则需要各合金元素重量为：

Si：25.2公斤；Fe：4.8公斤；Ni：3.6%公斤；Cu：3.0公斤；Mg：0.72公斤；Mn：0.96公斤；V：0.24公斤；Al：余量。

Al的重量为：120公斤-上述合金元素重量总和(38.52公斤)，为81.48公斤。

3)因硅、铁、镍、锰、铜、钒等合金元素，采用中间合金的炉料形式加入。因此，必须转换成中间合金的加入重量。则：

①要加入25.2公斤Si，则需要加入Al-40%Si中间合金炉料为

25.2公斤/40%＝63.0公斤;将带进Al重量为63.0-25.2＝37.8公斤。

②要加入4.8公斤Fe，则需要加入Al-30%Fe中间合金炉料为

4.8公斤/30%＝16.0公斤；将带进Al重量为16.0-4.8＝11.2公斤。

同理可计算出加入Ni、、Cu、Mn、V的重量。

③要加入3.6公斤Ni，需要要加入Al-20%Ni中间合金炉料为18.0公斤，将带进Al重量为14.4公斤；

④要加入3.0公斤Cu，需要要加入Al-50%Cu中间合金炉料为6.0公斤，将带进Al重量为3.0公斤；

⑤要加入0.96公斤Mn，需要要加入Al-15%Mn中间合金炉料为6.4公斤，将带进Al重量为5.44公斤；

⑥要加入0.24公斤V，需要要加入Al-15%V中间合金炉料为1.6公斤，将带进Al重量为1.36公斤；

4）需要补加的Al为：

因120公斤炉料中需要Al重量为81.48公斤；

而上述采用中间合金的形式加入硅、铁、镍、锰、铜、钒带进铝的重量为（37.8＋11.2＋14.4＋3.0＋5.44＋1.36）＝73.2公斤。

则需要补足的纯铝为81.48公斤-73.2公斤＝8.28公斤。

5）到此为止全部炉料计算完毕，则应向炉中加入的炉料重量：

Al-40%Si中间合金炉料为63.0公斤；

Al-30%Fe中间合金炉料为16.0公斤；

Al-20%Ni中间合金炉料为18.0公斤；

Al-50%Cu中间合金炉料为6.0公斤；

Al-15%Mn中间合金炉料为6.4公斤；

Al-15%V中间合金炉料为1.6公斤；

需要补加的纯Al重量为8.28公斤；

需要加入的纯Mg重量为0.72公斤（没考虑烧损问题，是理论加入量）。

总加入量验证：63.0＋16.0＋18.0＋6.0＋6.4＋1.6＋8.28＋0.72＝120.0公斤。

表2各实施例表面形态尺寸（粗糙度测量方法）

表3各实施例硬质点颗粒尺寸控制（金相法检测）

表4实施例2摩擦学性能特点

注明：摩擦学性能测试在RFT-Ⅲ往复式摩擦磨损试验机上测试。

1）加载压力800N，加载时间2.5小时，往复速度0.5mm/s，冲程50mm，润滑油为RP4652D油品；

2）38CrMoAl钢条为现行发动机缸套材料，其氮化层厚度0.3～0.5mm，硬度大于等于76HRA；镀铬铸铁栓为现行发动机活塞环材料，镀层厚度0.08～0.12mm，硬度HRC63～65；高硅铝合金条基体硬度HBW185～200，硅颗粒硬度HV1050，含铁镍化合物相硬度HV680～980。

表5实施例2力学性能特点

实施例1和实施例3的摩擦学性能和力学性能与实施例2的测试结果相近似。

Claims

1.一种高硅铝合金缸套材料，其特征在于包括下述重量组成：

Si 18.0%～26.0%；

Fe 2.0%～5.0%；

Ni 3.0%～7.0%；

Cu 1.8%～3.0%；

Mg 0.5%～0.8%；

Mn 0.5%～0.8%；

V 0.1%～0.3%；

Al 余量

并且，7%≤Fe＋Ni≤10%，27%≤Fe＋Ni＋Si≤33%。

2.根据权利要求1所述的高硅铝合金缸套材料，其特征在于：

Si 21.0%

Fe 4.0%

Ni 3.0%；

Cu 2.5%；

Mg 0.6%；

Mn 0.8%；

V 0.2%；

Al 余量。

3.如权利要求1或2所述的高硅铝合金缸套的制造方法，其特征在于包括下列步骤：

①按配方配料：

②熔炼、覆盖与精炼：

所述覆盖剂为钾氯盐和镁氯盐，所述覆盖剂的总用量为总炉料重量的1%～3%；

③喷射沉积：

按步骤②的方法在中频感应熔炼炉中进行合金熔炼、除气与净化处理；达到浇注温度后浇注到漏斗与导流嘴中控制金属流量，进入喷射沉积雾化器中进行喷射沉积，产生高度雾化的高速半固态溅射流，高速溅射沉积到接收底盘上，通过接收底盘向下的移动速度、旋转速度以及与雾化器摆角的匹配，可制备成不同直径大小的圆形锭坯；

控制金属流量浇注参数：

浇注温度：760～860℃

金属流量：6～8kg/min

喷射沉积参数：

扫描速度：20.9～23.3Hz；

气体流量：16～23Nm³/min；

氮气压力：6.5～9.5atm；

喷射高度：670～730mm；

喷射沉积、接收参数：

接收底盘旋转速度：2.45～3.16r/s；

接收底盘移动速度：0.57～0.70mm/s；

④硅颗粒粗化热处理

将步骤③制备的圆形锭坯送入热处理炉中，在480～500℃下保温2.0～3.5小时；

⑤挤压加工：

挤压参数：

挤压比：8～14；

挤压速度：1.2～1.5m/min；

挤压温度：400～460℃；

保温时间：按下述方法计算得到：

㈠挤压坯直径或厚度δ≤50mm时，保温时间

或δ（min）；㈡挤压坯直径

或厚度δ≥100mm时，保温时间

或δ（min）；㈢挤压坯直径

或厚度δ在50～100mm时，保温时间

或δ＋0.01(或δ－50)或δ（min）；

⑥热处理：

固溶处理参数：

固溶温度：480～515℃；

保温时间：1.0～2.5h；

热水淬火温度：60～100℃；

时效处理参数：

时效温度：160～220℃；

保温时间：4.0～12.0h；

⑦机加工与精磨加工：

将经过步骤⑥处理得到的材料进行缸套的机加工与精磨加工：

润滑冷却剂：煤油；

缸套机械成型加工刀头：合金钢或金刚石刀头；

缸套工作面精磨加工刀头：硬质合金或金刚石精磨头；

⑧缸套工作面碱腐蚀加工：

将步骤⑦得到的缸套进行碱腐蚀加工；

NaOH水溶液浓度：1%～5%；

NaOH水溶液温度：40～50℃；

腐蚀时间：10～60s;

腐蚀方法：试样或样品在NaOH水溶液中摇动或冲洗。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于步骤②中所述的覆盖剂为MgCl₂.KCl溶剂，两者的重量比例为1:1；所述覆盖剂的制备方法为将MgCl₂.KCl加热到660～700℃熔化，然后冷却成固体后粉碎并球磨成粉，过20～50目筛即得到所述的覆盖剂。

5.根据权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于步骤②中所述的精炼剂包括重量比为65%～75%的六氯乙烷和35%～25%的氟硅酸钠溶剂。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于所述精炼剂为经由压制成型的直径为45～55mm，厚度为30～50mm的圆料块。

7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于所述喷射沉积的控制金属流量浇注参数为：

浇注温度：780～820℃；

金属流量：6.5～7Kg/min；

所述喷射沉积的参数为：

扫描速度：22.3～23.3Hz；

气体流量：20～23Nm3/min；

氮气压力：7.5～8.5atm；

喷射高度：700～720mm；

所述喷射沉积、接收的参数为：

接收底盘旋转速度：2.45～2.78r/s；

接收底盘移动速度：0.57～0.60mm/s。所述的硅颗粒粗化热处理优选参数；

热处理保温温度：490℃±5℃；

保温时间：2.0～2.5h；

所述的挤压参数为：

挤压比：10～12；

挤压速度：1.3～1.4m/min；

挤压温度：420～440℃；

所述的固溶处理参数为：

固溶温度：510～515℃；

保温时间：2～2.5h；

热水淬火温度：60～70℃；

时效处理参数：

时效温度：165～175℃；

保温时间：4.0～8.0h；

所述的碱腐蚀加工参数为：

NaOH水溶液浓度：2%～5%；

NaOH水溶液温度：40～45℃；

腐蚀时间：30～60s。