CN103725933A - 一种柴油机活塞用铝合金型材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柴油机活塞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：Si12-15、Cu4.4-5.8、Ni2.7-3.4、Mg1.6-2.2、Ag1.2-1.8、Cr0.8-1.4、Mn0.5-0.7、Zr0.3-0.6、W0.25-0.45、Ti0.1-0.2、V005-0.15、Te0.04-0.08、Sc0.03-0.06、Y0.02-0.05、Lu0.01-0.03，余量为Al。本发明制得的铝合金型材不但具有较好的导热系数，而且具有较高的高温抗拉强度，完全满足柴油机活塞在高温状态所需的强度要求。

Description

一种柴油机活塞用铝合金型材的制备方法
技术领域
    本发明涉及一种柴油机活塞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，国家对内燃机尾气的排放标准日益提高，内燃机的额定值、燃油经济性和耐久性等指标不断向强化方向发展，内燃机热负荷不断提高，使得内燃机传递动力的铝合金活塞的工作温度越来越高，因此，对铝合金活塞材料高温抗拉强度的要求也越来越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较高的高温抗拉强度和较好的导热系数的柴油机活塞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：
    一种柴油机活塞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 12-15、Cu 4.4-5.8、Ni 2.7-3.4、 Mg 1.6-2.2、Ag 1.2-1.8、Cr 0.8-1.4、Mn 0.5-0.7、Zr 0.3-0.6、W 0.25-0.45、Ti 0.1-0.2、V 005-0.15、Te 0.04-0.08、Sc 0.03-0.06、Y 0.02-0.05、Lu 0.01-0.03，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在740-770℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌20-30min，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720-750℃，精炼时间为15-20min，扒渣后静置25-35min，再调整温度至710-730℃，铝液中通70%N2+30%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20-30min，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705-715℃,铸造温度为685-705℃,铸造速度为85-105 mm/min,冷却水压为0.35-0.45MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于40℃；
    （3）将铸坯进行均匀化处理：先以120-160℃/h升温至250-280℃，保温3-4h，再以50-70℃/h升温至360-390℃，保温4-6h，然后以60-80℃/h降温至210-240℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至465-485℃，保温4-8h，然后以80-120℃/h降温至220-250℃，保温3-4h，放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，然后取出型材以120-160℃/h升温至280-320℃，保温4-5h，再以80-120℃/h升温至490-510℃，保温5-10h，然后以60-80℃/h降温至340-360℃，保温4-6h，强风风冷至室温；
    （4）将均匀化处理后的铸锭加热至455-475℃，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430-450℃，挤压筒预热温度420-440℃，挤压速率为15-20m/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80-90℃/h升温至165-185℃，保温5-10h，再以30-40℃/h降温至95-115℃，保温8-12h，然后以40-50℃/h升温至195-215℃，保温4-8h，再以50-60℃/h降温至80-100℃，保温10-15h，空冷至室温后以100-120℃/h升温至180-200℃，保温5-10h，，再以50-60℃/h降温至70-90℃，保温12-18h，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：
本发明通过提高Cu、Mg、Ni等元素的含量以及添加微量的Sc、Y、Lu稀土元微合金化作用，改善合金的组织结构，细化晶粒，提高合金的高温稳定性和机械强度；本发明还向合金中加入适量的 Ti、W、V等元素与Al形成第二相粒子，通过第二相弥散强化作用和沉淀硬化作用进一步提高合金在高温下的变形抗力。本发明制得的铝合金型材不但具有较好的导热系数，而且具有较高的高温抗拉强度，完全满足柴油机活塞在高温状态所需的强度要求。
具体实施方式
    一种柴油机活塞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 12-15、Cu 4.4-5.8、Ni 2.7-3.4、 Mg 1.6-2.2、Ag 1.2-1.8、Cr 0.8-1.4、Mn 0.5-0.7、Zr 0.3-0.6、W 0.25-0.45、Ti 0.1-0.2、V 005-0.15、Te 0.04-0.08、Sc 0.03-0.06、Y 0.02-0.05、Lu 0.01-0.03，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在760℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌25min，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735℃，精炼时间为20min，扒渣后静置30min，再调整温度至720℃，铝液中通70%N2+30%CO多元混合气体除气精炼18min，气体压力为0.18atm,气体流量为2.0 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710℃,铸造温度为690℃,铸造速度为95 mm/min,冷却水压为0.4MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于40℃；
    （3）将铸坯进行均匀化处理：先以140℃/h升温至270℃，保温3h，再以60℃/h升温至380℃，保温5h，然后以80℃/h降温至220℃，保温3h，再以120℃/h升温至475℃，保温6h，然后以100℃/h降温至240℃，保温4h，放入2℃冰盐水中冷却至50℃以下，然后取出型材以140℃/h升温至290℃，保温5h，再以100℃/h升温至495℃，保温10h，然后以70℃/h降温至350℃，保温5h，强风风冷至室温；
    （4）将均匀化处理后的铸锭加热至465℃，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425℃，挤压速率为18m/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90℃/h升温至180℃，保温8h，再以35℃/h降温至105℃，保温10h，然后以45℃/h升温至210℃，保温6h，再以60℃/h降温至90℃，保温12h，空冷至室温后以120℃/h升温至190℃，保温8h，，再以55℃/h降温至80℃，保温16h，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14、氯化钾 16、高炉矿渣5、火山灰7、萤石4、苦菱土6、废砖粉4、石墨粉4、白云石12、硫化锰3、纳米氧化铝2、乙烯基三乙氧基硅烷0.7、三乙醇胺1.5；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，760℃煅烧2h，冷却至室温后放入浓度为15%的盐酸溶液中浸泡2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1200℃煅烧2h，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其主要性能为：导热系数：184.2W/(m·k)，抗拉强度（360℃)： 126.7MPa。

Claims (2)

1.一种柴油机活塞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 12-15、Cu 4.4-5.8、Ni 2.7-3.4、 Mg 1.6-2.2、Ag 1.2-1.8、Cr 0.8-1.4、Mn 0.5-0.7、Zr 0.3-0.6、W 0.25-0.45、Ti 0.1-0.2、V 005-0.15、Te 0.04-0.08、Sc 0.03-0.06、Y 0.02-0.05、Lu 0.01-0.03，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在740-770℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌20-30min，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720-750℃，精炼时间为15-20min，扒渣后静置25-35min，再调整温度至710-730℃，铝液中通70%N2+30%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20-30min，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705-715℃,铸造温度为685-705℃,铸造速度为85-105 mm/min,冷却水压为0.35-0.45MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于40℃；
（3）将铸坯进行均匀化处理：先以120-160℃/h升温至250-280℃，保温3-4h，再以50-70℃/h升温至360-390℃，保温4-6h，然后以60-80℃/h降温至210-240℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至465-485℃，保温4-8h，然后以80-120℃/h降温至220-250℃，保温3-4h，放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，然后取出型材以120-160℃/h升温至280-320℃，保温4-5h，再以80-120℃/h升温至490-510℃，保温5-10h，然后以60-80℃/h降温至340-360℃，保温4-6h，强风风冷至室温；
（4）将均匀化处理后的铸锭加热至455-475℃，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430-450℃，挤压筒预热温度420-440℃，挤压速率为15-20m/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80-90℃/h升温至165-185℃，保温5-10h，再以30-40℃/h降温至95-115℃，保温8-12h，然后以40-50℃/h升温至195-215℃，保温4-8h，再以50-60℃/h降温至80-100℃，保温10-15h，空冷至室温后以100-120℃/h升温至180-200℃，保温5-10h，，再以50-60℃/h降温至70-90℃，保温12-18h，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所述的柴油机活塞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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