CN103710585A - 一种发动机气缸体用铝合金型材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机气缸体用铝合金型材的制备方法，该铝合金型材各元素组成的质量百分比为：Si12.8-15.4、Cu2.5-3.5、Mn1.8-2.6、Zn1.0-1.5、Ni0.6-1.2、Fe0.5-1.0、Mg0.4-0.8、Ge0.3-0.6、Zr0.25-0.45、As0.15-0.25、Ti0.1-0.2、Sr0.05-0.1、Nd0.04-0.06、Eu0.02-0.05，余量为Al。本发明制得的铝合金型材具有优异的耐磨性和耐热性，且高温强度高，高抗应力腐蚀，热导性好，完全适用于发动机气缸体苛刻的工作环境，经久耐用。

Description

一种发动机气缸体用铝合金型材的制备方法
技术领域
    本发明涉及一种发动机气缸体用铝合金型材的制备方法，属于铝合金材料加工技术领域。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。
目前，发动机气缸体的工作环境越来越苛刻，因此对用于制造发动机气缸体的铝合金型材的耐磨性和耐热性的性能要求越来越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异的耐磨性和耐热性的发动机气缸体用铝合金型材的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
    一种发动机气缸体用铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
    （1）按照元素质量百分数满足下列要求：Si 12.8-15.4、Cu 2.5-3.5、Mn 1.8-2.6、Zn 1.0-1.5、Ni0.6-1.2、Fe 0.5-1.0、Mg 0.4-0.8、Ge 0.3-0.6、Zr0.25-0.45、As 0.15-0.25、Ti 0.1-0.2、Sr 0.05-0.1、Nd 0.04-0.06、Eu 0.02-0.05，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在730-750℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-40min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为725-745℃，精炼时间为15-20min，扒渣后静置25-30min，再调整温度至710-730℃，铝液中通60%Ar+30Cl2+10%CO多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为0.16-0.22atm,气体流量为1.5-2.0 m3/min，静置25-35min，使氧化渣充分上浮,扒渣后开始浇铸；
    （2）采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为700-720℃,铸造温度为685-705℃,铸造速度为95-115 mm/min,冷却水压为0.3-0.4MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃；
    （3）将铸坯进行均匀化处理：先以150-200℃/h升温至340-380℃，保温3-5h，再以60-80℃/h降温至220-250℃，保温2-3h，然后以80-120℃/h升温至420-440℃，保温4-6h，强风风冷至180-220℃，保温1-2h，然后放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，取出型材以100-150℃/h升温至240-280℃，保温2-3h，再以120-160℃/h升温至480-500℃，保温5-10h，然后以100-150℃/h降温至220-240℃，保温2-3h，空冷至室温；
    （4）将均匀化处理后的铸锭加热至440-470℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为420-450℃，挤压筒预热温度410-430℃，挤压速率为18-22m/min；
    （5）上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以80-90℃/h升温至165-185℃，保温8-12h，再以30-40℃/h降温至70-80℃，保温14-18h，空冷至室温后以40-50℃/h升温至80-90℃，保温12-16h，再以55-65℃/h升温至185-205℃，保温5-10h，再以45-55℃/h降温至90-100℃，保温10-15h，空冷至室温后以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，再以30-40℃/h升温至155-175℃，保温12-14h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
    所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化镁10-15、氯化钾 15-20、高炉矿渣4-8、火山灰5-10、萤石3-6、苦菱土4-8、废砖粉3-6、石墨粉2-5、白云石8-12、硫化锰2-3、纳米氧化铝2-3、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-1、三乙醇胺1-2；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730-760℃煅烧2-3h，冷却至室温后放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡1-2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1200-1250℃煅烧1-2h，冷却至室温，粉碎，过100-150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2000-3000rpm高速研磨10-15min，待用；c.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至780-810℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，喷射造粒，即得精炼剂。
本发明的有益效果：
本发明制得的铝合金型材具有优异的耐磨性和耐热性，且高温强度高，高抗应力腐蚀，热导性好，完全适用于发动机气缸体苛刻的工作环境，经久耐用。
具体实施方式
    一种发动机气缸体用铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
    （1）按照元素质量百分数满足下列要求：Si 12.8-15.4、Cu 2.5-3.5、Mn 1.8-2.6、Zn 1.0-1.5、Ni0.6-1.2、Fe 0.5-1.0、Mg 0.4-0.8、Ge 0.3-0.6、Zr0.25-0.45、As 0.15-0.25、Ti 0.1-0.2、Sr 0.05-0.1、Nd 0.04-0.06、Eu 0.02-0.05，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在740℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌35min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为20min，扒渣后静置30min，再调整温度至715℃，铝液中通60%Ar+30Cl2+10%CO多元混合气体除气精炼20min，气体压力为0.18atm,气体流量为1.8 m3/min，静置30min，使氧化渣充分上浮,扒渣后开始浇铸；
    （2）采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为705℃,铸造温度为690℃,铸造速度为105 mm/min,冷却水压为0.35MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃；
    （3）将铸坯进行均匀化处理：先以180℃/h升温至360℃，保温4h，再以70℃/h降温至240℃，保温3h，然后以100℃/h升温至420℃，保温6h，强风风冷至190℃，保温2h，然后放入2℃冰盐水中冷却至50℃以下，取出型材以120℃/h升温至250℃，保温3h，再以40℃/h升温至495℃，保温8h，然后以120℃/h降温至230℃，保温3h，空冷至室温；
    （4）将均匀化处理后的铸锭加热至460℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为440℃，挤压筒预热温度420℃，挤压速率为20m/min；
    （5）上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以85℃/h升温至170℃，保温10h，再以40℃/h降温至80℃，保温14h，空冷至室温后以50℃/h升温至90℃，保温12h，再以65℃/h升温至195℃，保温8h，再以50℃/h降温至95℃，保温12h，空冷至室温后以45℃/h升温至85℃，保温15h，再以40℃/h升温至170℃，保温12h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
    所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量（kg）的原料：氯化镁10、氯化钾 20、高炉矿渣6、火山灰10、萤石4、苦菱土6、废砖粉4、石墨粉3、白云石8、硫化锰3、纳米氧化铝2、乙烯基三乙氧基硅烷0.5、三乙醇胺1；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730℃煅烧3h，冷却至室温后放入浓度为20%的盐酸溶液中浸泡1h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1250℃煅烧1h，冷却至室温，粉碎，过150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，3000rpm高速研磨10min，待用；c.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至810℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20min，喷射造粒，即得精炼剂。
    所得的铝合金型材经检验力学性能为：抗拉强度447Mpa，屈服强度为324Mpa，伸长率为16.2%。

Claims (2)

1.一种发动机气缸体用铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按照元素质量百分数满足下列要求：Si 12.8-15.4、Cu 2.5-3.5、Mn 1.8-2.6、Zn 1.0-1.5、Ni0.6-1.2、Fe 0.5-1.0、Mg 0.4-0.8、Ge 0.3-0.6、Zr0.25-0.45、As 0.15-0.25、Ti 0.1-0.2、Sr 0.05-0.1、Nd 0.04-0.06、Eu 0.02-0.05，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在730-750℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-40min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为725-745℃，精炼时间为15-20min，扒渣后静置25-30min，再调整温度至710-730℃，铝液中通60%Ar+30Cl2+10%CO多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为0.16-0.22atm,气体流量为1.5-2.0 m3/min，静置25-35min，使氧化渣充分上浮,扒渣后开始浇铸；
（2）采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为700-720℃,铸造温度为685-705℃,铸造速度为95-115 mm/min,冷却水压为0.3-0.4MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃；
（3）将铸坯进行均匀化处理：先以150-200℃/h升温至340-380℃，保温3-5h，再以60-80℃/h降温至220-250℃，保温2-3h，然后以80-120℃/h升温至420-440℃，保温4-6h，强风风冷至180-220℃，保温1-2h，然后放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，取出型材以100-150℃/h升温至240-280℃，保温2-3h，再以120-160℃/h升温至480-500℃，保温5-10h，然后以100-150℃/h降温至220-240℃，保温2-3h，空冷至室温；
（4）将均匀化处理后的铸锭加热至440-470℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为420-450℃，挤压筒预热温度410-430℃，挤压速率为18-22m/min；
（5）上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以80-90℃/h升温至165-185℃，保温8-12h，再以30-40℃/h降温至70-80℃，保温14-18h，空冷至室温后以40-50℃/h升温至80-90℃，保温12-16h，再以55-65℃/h升温至185-205℃，保温5-10h，再以45-55℃/h降温至90-100℃，保温10-15h，空冷至室温后以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，再以30-40℃/h升温至155-175℃，保温12-14h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
2.根据权利要求1所述的发动机气缸体用铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化镁10-15、氯化钾 15-20、高炉矿渣4-8、火山灰5-10、萤石3-6、苦菱土4-8、废砖粉3-6、石墨粉2-5、白云石8-12、硫化锰2-3、纳米氧化铝2-3、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-1、三乙醇胺1-2；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730-760℃煅烧2-3h，冷却至室温后放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡1-2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1200-1250℃煅烧1-2h，冷却至室温，粉碎，过100-150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2000-3000rpm高速研磨10-15min，待用；c.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至780-810℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，喷射造粒，即得精炼剂。
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