CN104862543A

CN104862543A - 一种飞机发动机活塞用耐热铝合金

Info

Publication number: CN104862543A
Application number: CN201410065663.1A
Authority: CN
Inventors: 胡蔚
Original assignee: Chengdu Zhilida Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Zhilida Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-08-26

Abstract

本发明公开了一种飞机发动机活塞用耐热铝合金及其制备方法，其由以下重量百分比的元素组成：Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr 0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti 0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04、W 0.015-0.025、Rb 0.005-0.01、Sc 0.04-0.08、Ce 0.03-0.05、Gd 0.02-0.03，余量为Al。本发明制得的铝合金材料耐热性优异，高温强度高，韧性高，塑性好，热稳定好，耐磨性好，可在350-450℃温度下长期工作，使用寿命长，完全满足飞机发动机活塞的性能要求。

Description

一种飞机发动机活塞用耐热铝合金

技术领域

本发明涉及一种飞机发动机活塞用耐热铝合金，属于铝合金材料领域。

背景技术

铝合金材料具有密度小，比强度高，比刚度高，弹性好，抗冲击性能良好、耐腐蚀，高导电，高导热，易表面着色，易加工，可回收再生等优良特性，广泛应用于交通运输、建筑装饰、航空航天、机械电器、电子通讯、能源动力等行业。尤其在航空航天工业中，铝合金材料是首选的轻量化结构材料，因此用量非常大，在飞机用材中，铝材用量占80%以上，同时飞机对铝合金材料的性能要求也较苛刻。飞机发动机活塞的工作环境温度可达到200-400℃，因此急需开发一种耐高温铝合金材料，以满足飞机发动机活塞的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在350-450℃温度下长期工作且不发生蠕变的飞机发动机活塞用耐热铝合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种飞机发动机活塞用耐热铝合金，由以下重量百分比的元素组成：Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr 0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti 0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04、W 0.015-0.025、Rb 0.005-0.01、Sc 0.04-0.08、Ce0.03-0.05、Gd 0.02-0.03，余量为Al。

一种飞机发动机活塞用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：按上述元素组成进行配料，将炉料依次投入熔炼炉中在740-770℃下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为730-750℃，加入精炼剂精炼15-20min，扒渣后静置20-30min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以120-150℃/h升温至250-300℃，保温2-3h，再以60-80℃/h升温至420-440℃，保温3-5h，然后以70-90℃/h降温至240-260℃，保温2-3h，再以80-100℃/h升温至350-380℃，保温3-4h，再以60-80℃/h升温至490-510℃，保温4-6h，然后以100-120℃/h降温至260-280℃，保温1-2h，再放入0-5℃冰盐水中水淬至40-50℃；取出合金以40-50℃/h升温至80-90℃，保温15-20h，再以50-60℃/h升温至185-195℃，保温10-15h，再以30-40℃/h降温至95-105℃，保温14-18h，空冷至室温，然后以80-90℃/h升温至160-180℃，保温12-16h，再以40-50℃/h降温至70-80℃，保温18-22,，空冷至室温即可。

所述精炼剂的制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化钠10-15、氯化钾 5-10、碳酸钠3-6、氟化镁4-8、氟硅酸钠3-6、赤泥5-10、草木灰 2-4、冰晶石 8-12、白云石5-10、硅藻土4-8、重晶石5-10；b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12-24h，110-120℃干燥1-2h，再在760-820℃煅烧20-30min，升温至1200-1250℃继续煅烧1-2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至810-840℃，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，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。

本发明的有益效果：

本发明在铝硅合金的基础上,加入Cu、Ni产生耐热相以提高耐热温度；同时添加了在平衡条件下几乎不固溶于铝的过渡族金属元素Zr、Ti、Cr、W、Cd、Mo等和稀土元素Sc、Ce、Gd ,上述过渡族金属元素和稀土元素以高温稳定高弹性模量弥散的金属间化合物存在,从而强化了基体和晶界，该强化相使得铝合金表现出优异的高温综合力学性能。本发明制得的铝合金材料耐热性优异，高温强度高，韧性高，塑性好，热稳定好，耐磨性好，可在350-450℃温度下长期工作，使用寿命长，完全满足飞机发动机活塞的性能要求。

具体实施方式

（1）按照重量百分比的元素组成为：Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr 0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti 0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04、W 0.015-0.025、Rb 0.005-0.01、Sc 0.04-0.08、Ce0.03-0.05、Gd 0.02-0.03，余量为Al进行配料；

（2）将炉料依次投入熔炼炉中在750℃下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为735℃，加入精炼剂精炼20min，扒渣后静置25min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以140℃/h升温至280℃，保温2h，再以70℃/h升温至420℃，保温5h，然后以80℃/h降温至250℃，保温3h，再以100℃/h升温至380℃，保温3h，再以70℃/h升温至505℃，保温4h，然后以120℃/h降温至270℃，保温1h，再放入2℃冰盐水中水淬至50℃；取出合金以50℃/h升温至90℃，保温15h，再以60℃/h升温至190℃，保温10h，再以35℃/h降温至105℃，保温14h，空冷至室温，然后以85℃/h升温至170℃，保温14h，再以50℃/h降温至75℃，保温20h，空冷至室温即可。

上述精炼剂的制备方法如下：a.称取以下重量（kg）的原料：氯化钠15、氯化钾 8、碳酸钠4、氟化镁6、氟硅酸钠4、赤泥8、草木灰 3、冰晶石 10、白云石8、硅藻土6、重晶石8；b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200目筛，然后加入适量的水湿法球磨24h，115℃干燥1h，再在820℃煅烧20min，升温至1220℃继续煅烧1h，水淬，湿法球磨，烘干，过250目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至820℃，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25min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过300目筛即可。

经检验，制得的铝合金化学成分为：Si 13.24%、Cu 4.18%、Mg 0.97%、Ni3.22%、Mn 0.26%、Fe 0.51%、Mo 0.33%、Cr 0.086%、Zn 0.14%、Ti 0.068%、Zr 0.045%、Cd 0.038%、W 0.018%、Rb 0.0079%、Sc 0.072%、Ce0.043%、Gd 0.025%，余量为Al；该铝合金在400℃时的力学性能为：抗拉强度318MPa，屈服强度225MPa，伸长率21.4%。

Claims

1.一种飞机发动机活塞用耐热铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成：Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr 0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti 0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04、W 0.015-0.025、Rb 0.005-0.01、Sc 0.04-0.08、Ce0.03-0.05、Gd 0.02-0.03，余量为Al。

2.如权利要求1所述的飞机发动机活塞用耐热铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：按上述元素组成进行配料，将炉料依次投入熔炼炉中在740-770℃下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为730-750℃，加入精炼剂精炼15-20min，扒渣后静置20-30min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以120-150℃/h升温至250-300℃，保温2-3h，再以60-80℃/h升温至420-440℃，保温3-5h，然后以70-90℃/h降温至240-260℃，保温2-3h，再以80-100℃/h升温至350-380℃，保温3-4h，再以60-80℃/h升温至490-510℃，保温4-6h，然后以100-120℃/h降温至260-280℃，保温1-2h，再放入0-5℃冰盐水中水淬至40-50℃；取出合金以40-50℃/h升温至80-90℃，保温15-20h，再以50-60℃/h升温至185-195℃，保温10-15h，再以30-40℃/h降温至95-105℃，保温14-18h，空冷至室温，然后以80-90℃/h升温至160-180℃，保温12-16h，再以40-50℃/h降温至70-80℃，保温18-22h，空冷至室温即可。

3.根据权利要求2所述的飞机发动机活塞用耐热铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化钠10-15、氯化钾 5-10、碳酸钠3-6、氟化镁4-8、氟硅酸钠3-6、赤泥5-10、草木灰 2-4、冰晶石 8-12、白云石5-10、硅藻土4-8、重晶石5-10；b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12-24h，110-120℃干燥1-2h，再在760-820℃煅烧20-30min，升温至1200-1250℃继续煅烧1-2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至810-840℃，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，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。