CN105695812A - 一种发动机机体用压铸铝合金及其生产工艺 - Google Patents

一种发动机机体用压铸铝合金及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机机体用压铸铝合金，其组分及各组分的质量百分比为：Si3.6～6.0％、Mg2.2～2.9％、Cu0.9～1.5％、Mn0.6～1.1％、Sr0.05～0.11％、Ni0.1～0.3％、Ga0.04～0.06％、Zr0.04～0.06％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。其生产工艺包括熔化、精炼、静置、压铸、固溶淬火处理和时效处理。本发明使铝合金在抗拉强度、屈服强度都有大幅提升，且韧性大、抗压性能好，还具有良好的耐腐蚀性，可以满足发动机机体的要求。

Description

一种发动机机体用压铸铝合金及其生产工艺
技术领域
本发明涉及铝合金加工领域，特别是一种发动机机体用压铸铝合金及其生产工艺。
背景技术
近20年来，世界性能源问题变得越来越严重，这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍，汽车重量每减少50kg，每升燃油行驶的距离可增加2km；汽车重量每减轻1％，燃油消耗下降0.6％～1％。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料；有资料表明，用铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻30％～40％，制造发动机可减轻30％，制造车轮可减轻50％。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。
发动机的气缸体和缸盖均要求材料的导热性能好、抗腐蚀能力强，而铝合金在这些方面具有非常突出的优势；但铝合金与钢结构相比，在强度方面有所欠缺，因此，提高铝合金材料的强度、硬度成为研究的重点。
发明内容
本发明提供了一种发动机机体用压铸铝合金及其生产工艺，使铝合金具有优良的机械性能，能广泛应用于发动机的缸体、框架、油缸等构件上。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种发动机机体用压铸铝合金，其组分及各组分的质量百分比为：Si3.6～6.0％、Mg2.2～2.9％、Cu0.9～1.5％、Mn0.6～1.1％、Sr0.05～0.11％、Ni0.1～0.3％、Ga0.04～0.06％、Zr0.04～0.06％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。
优选的，所述发动机机体用压铸铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si4.9％、Mg2.5％、Cu1.2％、Mn0.8％、Sr0.09％、Ni0.2％、Ga0.05％、Zr0.05％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。
一种发动机机体用压铸铝合金的生产工艺，包括以下步骤：
(1)熔化：先将纯铝、纯镁、铝硅合金加入熔炼炉中，加热至730～750℃并搅拌使合金完全熔化，然后加入电解铜、铝锰合金、铝镍合金和镁锶合金，继续升温至770～780℃，待合金元素全部熔化后得铝合金熔液；
(2)精炼：将铝合金熔液的温度调整至750～770℃，喷入精炼剂进行精炼处理，精炼完成后静置5～10min，将铝合金熔液的表面渣扒出，然后升温至750-760℃，加入细化剂和铝镓合金、铝锆合金，通入氩气进行除气精炼，除气时间为12～16min，除气完毕检验铝合金熔液成分，待检验合格后进行第二次扒渣，完成精炼过程；
(3)静置：将精炼后的铝合金熔液静置，待铝合金熔液温度降至690～710℃；
(4)压铸：将模具的型腔预热至220～230℃，再将步骤(3)处理后的铝合金熔液后压射到模具的型腔中，其中充型开始时的熔液流速为0.26～0.30m/s、铸造压力为30～35MPa，充型率超过60％后，提高熔液的流速至1.7～1.9m/s、铸造压力为55～60MPa，直至充型压铸结束；
(5)固溶淬火处理：淬火加热温度为520～530℃，淬火保温时间为50～60min，淬火转移时间≤28s，淬火后停放时间为3.5h；
(6)一级时效处理，温度为180～190℃，时间为5h；二级时效处理，温度为70～80℃，时间为3h；完成后得压铸铝合金成品。
本发明具有以下优点：
(1)通过Al、Mg、Si等元素的合理配比，并特别添加了Ga、Zr元素，使铝合金具有优良的加工性能和较高的导热系数，且获得晶粒细小且分布均匀的铝合金组织，提高了铝合金的机械性能；
(2)选择了适当的熔炼和热处理工艺参数，使铝合金在抗拉强度、屈服强度都有大幅提升，且韧性大、抗压性能好，还具有良好的耐腐蚀性，可以满足发动机机体的要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围和应用范围不限于以下实施例：
实施例1
一种发动机机体用压铸铝合金，其组分及各组分的质量百分比为：Si4.9％、Mg2.5％、Cu1.2％、Mn0.8％、Sr0.09％、Ni0.2％、Ga0.05％、Zr0.05％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。
上述发动机机体用压铸铝合金的生产工艺，包括以下步骤：
(1)熔化：先将纯铝、纯镁、铝硅合金加入熔炼炉中，加热至730～750℃并搅拌使合金完全熔化，然后加入电解铜、铝锰合金、铝镍合金和镁锶合金，继续升温至770～780℃，待合金元素全部熔化后得铝合金熔液；
(2)精炼：将铝合金熔液的温度调整至750～770℃，喷入精炼剂进行精炼处理，精炼完成后静置5～10min，将铝合金熔液的表面渣扒出，然后升温至750-760℃，加入细化剂和铝镓合金、铝锆合金，通入氩气进行除气精炼，除气时间为12～16min，除气完毕检验铝合金熔液成分，待检验合格后进行第二次扒渣，完成精炼过程；
(3)静置：将精炼后的铝合金熔液静置，待铝合金熔液温度降至690～710℃；
(4)压铸：将模具的型腔预热至220～230℃，再将步骤(3)处理后的铝合金熔液后压射到模具的型腔中，其中充型开始时的熔液流速为0.26～0.30m/s、铸造压力为30～35MPa，充型率超过60％后，提高熔液的流速至1.7～1.9m/s、铸造压力为55～60MPa，直至充型压铸结束；
(5)固溶淬火处理：淬火加热温度为520～530℃，淬火保温时间为50～60min，淬火转移时间≤28s，淬火后停放时间为3.5h；
(6)一级时效处理，温度为185℃，时间为5h；二级时效处理，温度为75℃，时间为3h；完成后得压铸铝合金成品。
采用上述方法制得的铝合金，在室温下测试其性能：拉伸强度为337MPa，屈服强度为227MPa，延伸率为15.1％；另外测得其导热系数为271W/m·K。
实施例2
一种发动机机体用压铸铝合金，其组分及各组分的质量百分比为：Si3.6％、Mg2.2％、Cu0.9％、Mn0.6％、Sr0.05％、Ni0.1％、Ga0.04％、Zr0.04％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。
(1)熔化：先将纯铝、纯镁、铝硅合金加入熔炼炉中，加热至730～750℃并搅拌使合金完全熔化，然后加入电解铜、铝锰合金、铝镍合金和镁锶合金，继续升温至770～780℃，待合金元素全部熔化后得铝合金熔液；
(2)精炼：将铝合金熔液的温度调整至750～770℃，喷入精炼剂进行精炼处理，精炼完成后静置5～10min，将铝合金熔液的表面渣扒出，然后升温至750-760℃，加入细化剂和铝镓合金、铝锆合金，通入氩气进行除气精炼，除气时间为12～16min，除气完毕检验铝合金熔液成分，待检验合格后进行第二次扒渣，完成精炼过程；
(3)静置：将精炼后的铝合金熔液静置，待铝合金熔液温度降至690～710℃；
(4)压铸：将模具的型腔预热至220～230℃，再将步骤(3)处理后的铝合金熔液后压射到模具的型腔中，其中充型开始时的熔液流速为0.26～0.30m/s、铸造压力为30～35MPa，充型率超过60％后，提高熔液的流速至1.7～1.9m/s、铸造压力为55～60MPa，直至充型压铸结束；
(5)固溶淬火处理：淬火加热温度为520～530℃，淬火保温时间为50～60min，淬火转移时间≤28s，淬火后停放时间为3.5h；
(6)一级时效处理，温度为180℃，时间为5h；二级时效处理，温度为70℃，时间为3h；完成后得压铸铝合金成品。
采用上述方法制得的铝合金，在室温下测试其机械性能：拉伸强度为275MPa，屈服强度为200MPa，延伸率为13.7％；另外测得其导热系数为249W/m·K。
实施例3
一种发动机机体用压铸铝合金，其组分及各组分的质量百分比为Si6.0％、Mg2.9％、Cu1.5％、Mn1.1％、Sr0.11％、Ni0.3％、Ga0.06％、Zr0.06％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。
(1)熔化：先将纯铝、纯镁、铝硅合金加入熔炼炉中，加热至730～750℃并搅拌使合金完全熔化，然后加入电解铜、铝锰合金、铝镍合金和镁锶合金，继续升温至770～780℃，待合金元素全部熔化后得铝合金熔液；
(2)精炼：将铝合金熔液的温度调整至750～770℃，喷入精炼剂进行精炼处理，精炼完成后静置5～10min，将铝合金熔液的表面渣扒出，然后升温至750-760℃，加入细化剂和铝镓合金、铝锆合金，通入氩气进行除气精炼，除气时间为12～16min，除气完毕检验铝合金熔液成分，待检验合格后进行第二次扒渣，完成精炼过程；
(3)静置：将精炼后的铝合金熔液静置，待铝合金熔液温度降至690～710℃；
(4)压铸：将模具的型腔预热至220～230℃，再将步骤(3)处理后的铝合金熔液后压射到模具的型腔中，其中充型开始时的熔液流速为0.26～0.30m/s、铸造压力为30～35MPa，充型率超过60％后，提高熔液的流速至1.7～1.9m/s、铸造压力为55～60MPa，直至充型压铸结束；
(5)固溶淬火处理：淬火加热温度为520～530℃，淬火保温时间为50～60min，淬火转移时间≤28s，淬火后停放时间为3.5h；
(6)一级时效处理，温度为190℃，时间为5h；二级时效处理，温度为80℃，时间为3h；完成后得压铸铝合金成品。
采用上述方法制得的铝合金，在室温下测试其机械性能：拉伸强度为329MPa，屈服强度为220MPa，延伸率为15.1％；另外测得其导热系数为269W/m·K。

Claims (3)

1.一种发动机机体用压铸铝合金，其特征在于：
所述铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si3.6～6.0％、Mg2.2～2.9％、Cu0.9～1.5％、Mn0.6～1.1％、Sr0.05～0.11％、Ni0.1～0.3％、Ga0.04～0.06％、Zr0.04～0.06％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的发动机机体用压铸铝合金，其特征在于：
所述铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si4.9％、Mg2.5％、Cu1.2％、Mn0.8％、Sr0.09％、Ni0.2％、Ga0.05％、Zr0.05％，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al。
3.根据权利要求1或2所述的发动机机体用压铸铝合金的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)熔化：先将纯铝、纯镁、铝硅合金加入熔炼炉中，加热至730～750℃并搅拌使合金完全熔化，然后加入电解铜、铝锰合金、铝镍合金和镁锶合金，继续升温至770～780℃，待合金元素全部熔化后得铝合金熔液；
(2)精炼：将铝合金熔液的温度调整至750～770℃，喷入精炼剂进行精炼处理，精炼完成后静置5～10min，将铝合金熔液的表面渣扒出，然后升温至750-760℃，加入细化剂和铝镓合金、铝锆合金，通入氩气进行除气精炼，除气时间为12～16min，除气完毕检验铝合金熔液成分，待检验合格后进行第二次扒渣，完成精炼过程；
(3)静置：将精炼后的铝合金熔液静置，待铝合金熔液温度降至690～710℃；
(4)压铸：将模具的型腔预热至220～230℃，再将步骤(3)处理后的铝合金熔液后压射到模具的型腔中，其中充型开始时的熔液流速为0.26～0.30m/s、铸造压力为30～35MPa，充型率超过60％后，提高熔液的流速至1.7～1.9m/s、铸造压力为55～60MPa，直至充型压铸结束；
(5)固溶淬火处理：淬火加热温度为520～530℃，淬火保温时间为50～60min，淬火转移时间≤28s，淬火后停放时间为3.5h；
(6)一级时效处理，温度为180～190℃，时间为5h；二级时效处理，温度为70～80℃，时间为3h；完成后得压铸铝合金成品。
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