CN105861886A - 一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金及其制备方法 - Google Patents

一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金，包括以下重量百分比的组份：Si、Cu、Mg、Mn、Ti、Sr、Zr、Cr、Fe、B、V、Zn、Re、Sn、Pb、Be、Sc、Li、Ni、La，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。该铝硅合金重量轻、质量好、强度高、塑性高，延伸率高，流动性能好，压铸件生产中易脱模，制备工艺简单、成本较低。

Description

一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金，还涉及该铝硅合金的制备方法。
背景技术
随着汽车制造行业的发展，汽车空调技术的研究越来越快。汽车空调压缩机是其中的核心部件，汽车空调压缩机通常采用斜盘轮转活塞进行压缩，斜盘高速旋转可达3000转/min，在旋转工作时会对气体进行压缩吸气等过程，此时需要有良好的排气及密封阀板组件。缸体是空调压缩机中重要的部件，现有空调压缩机缸体具有多方面的缺陷：一是通常为铁芯缸体，自重较大，使用不便；二是由于使用铁质缸体，因此需要使用铁质的活塞环，因此摩擦系数很大；三是由于活塞和缸孔的摩擦系数大因此压缩机的空载扭矩大；四是因扭矩较大因此需要消耗较大发动机动力，能源消耗非常大。
铝硅合金由于具有密度小、流动性好、比强度高等优点，广泛用于航空航天、石化、汽车、机械、民用等领域。然而，现有铝硅合金材料通常包括铝、硅、镁、铁、铜、锌等成分，由于合金中各元素的含量不同，因此各元素在合金中空间分布差异较大，导致各合金综合性能不同，特别是力学性能上差异较大。此外，硅铝合金的硬度相对于铁质材料较差，空调压缩机内部斜轮高速旋转，常规铁质缸体在恶劣环境下工作，因此空调压缩机缸体均不采用硅铝合金作为缸体材料。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种强度高、塑性高、流动性能好、压铸件生产中易脱模的铝硅合金及其制备方法。
技术方案：本发明提供的一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金，包括以下重量百分比的组份：Si 3.0-5.0％，Cu 0.16-0.18％，Mg 1.16-1.18％，Mn 0.41-0.43％，Ti 0.06-0.08％，Sr 0.16-0.18％，Zr 0.26-0.28％，Cr 0.21-0.23％，Fe 0.52-0.54％，B 0.46-0.50％，V 0.54-0.56％，Zn 0.31-0.35％，Re 0.15-0.18％，Sn 0.38-0.42％，Pb 0.66-0.68％，Be 0.23-0.25％，Sc 0.16-0.18％，Li 0.64-0.66％，Ni 0.52-0.54％，La 0.01-0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
作为改进，包括以下重量百分比的组份：Si 3.8-4.2％，Cu 0.16-0.18％，Mg 1.16-1.18％， Mn 0.41-0.43％，Ti 0.06-0.08％，Sr 0.16-0.18％，Zr 0.26-0.28％，Cr 0.21-0.23％，Fe 0.52-0.54％，B 0.46-0.50％，V 0.54-0.56％，Zn 0.32-0.34％，Re 0.15-0.18％，Sn 0.38-0.42％，Pb 0.66-0.68％，Be 0.23-0.25％，Sc 0.16-0.18％，Li 0.64-0.66％，Ni 0.52-0.54％，La 0.01-0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
作为另一种改进，包括以下重量百分比的组份：Si 4.0％，Cu 0.17％，Mg 1.17％，Mn 0.42％，Ti 0.07％，Sr 0.17％，Zr 0.27％，Cr 0.22％，Fe 0.53％，B 0.48％，V 0.55％，Zn 0.33％，Re 0.16％，Sn 0.40％，Pb 0.67％，Be 0.24％，Sc 0.17％，Li 0.65％，Ni 0.53％，La 0.02％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
本发明还提供了一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按待制备铝硅合金的各元素重量份选料，同时控制原料中的有害元素含量，其中：S含量≤0.008％，P含量≤0.025％；将原料于熔炼炉内熔炼，得熔炼液；
(2)以氩气为载体将精炼剂粉喷入熔炼炉内对熔炼液精炼，扒渣，即得合金液；
(3)合金液经过滤、浇铸、冷却，即得。
其中，步骤(1)中，熔炼温度为810-820℃。
其中，步骤(2)中，所述精炼剂为无钠精炼剂，精炼温度为720-730℃，精炼时间为30-50min。
本发明还提供了一种使用寿命长的空调压缩机缸体，包括缸体本体(1)、前盖(2)、后盖(3)；所述前盖(2)和后盖(3)分别设于缸体本体(1)两端面；所述前盖(2)中心设有转臂轴孔(4)，转臂轴孔(4)周围均匀设有一组通孔(11)；所述缸体(1)内设有转臂轴套(5)，所述转臂轴套(5)周围均匀设有一组空压室(6)；所述缸体本体(1)自外向内包括防腐层(7)、铝基层(8)、镀铜层(9)和二硫化钼层(10)；所述防腐层(7)的厚度为1-2mm；镀铜层(9)的厚度为0.5-2mm；所述二硫化钼层(10)的厚度为1-2mm；所述缸体(1)为铝硅合金缸体，所述硅铝合金包括以下重量百分比的组份：Si 3.0-5.0％，Cu 0.16-0.18％，Mg 1.16-1.18％，Mn 0.41-0.43％，Ti 0.06-0.08％，Sr 0.16-0.18％，Zr 0.26-0.28％，Cr 0.21-0.23％，Fe 0.52-0.54％，B 0.46-0.50％，V 0.54-0.56％，Zn 0.31-0.35％，Re 0.15-0.18％，Sn 0.38-0.42％，Pb 0.66-0.68％，Be 0.23-0.25％，Sc 0.16-0.18％，Li 0.64-0.66％，Ni 0.52-0.54％，La 0.01-0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
有益效果：本发明提供的铝硅合金重量轻、质量好、强度高、塑性高，流动性能好， 压铸产品时易脱模，制备工艺简单、成本较低。
该铝硅合金纯度高、质量好，铁、铜、锌作为该铝合金中最有害的元素，导致铝合金中富铁相易长成粗大的针片状，从而使铝硅合金塑性降低，本发明通过严格控制铁、铜、锌的含量，从而提高了铝硅合金的强度和塑性。
该铝硅合金中硅含量较高，使硅的结晶温度能够接近共晶点，从而可极大的减少合金中缩松缺陷的形成，显著提高铸件组织的致密度，从而进一步提高了合金的塑性。
该铝硅合金中镁含量较低，镁含量提高尽管可以提高铝合金强度，然而却会同时降低铝硅合金的塑性，镁含量过高时未固溶的Mg2Si相分布于晶界会对铝合金的塑性造成较大影响。
该铝硅合金中锰含量较高，从而使合金压铸过程中脱模性能好，同时，锰元素还是一种能够有效降低铁、铜、锌等杂质的中和元素，能够有效改善富铁相形貌，使针片状的β-AlFeSi相转变为对性能影响较小的汉字状Al15(FeMn)3Si2，从而进一步提高了合金的强度和塑性。
该铝硅合金中锶含量较高，有利于合金净化熔体、去除杂质、细化枝晶组织、阻碍再结晶和晶粒长大、提高合金热稳定性，使有害的粗大针状、棒状或片状的β-FeAlSi相在铸造时之间变为对合金热加工性能及力学性能影响小的圆润的团块状α-FeAlSi相，从而提高该铝硅合金的强度和塑性；同时有利于改善压铸产品的脱模性能。
本发明提供的铝硅合金的制备方法工艺简单，操作简便，成本低廉，通过喷粉精炼、氩气排氢气，过滤除渣，净化了铝硅合金的纯度，减少了孔洞缺陷，使制备的铝硅合金强度高、塑性高。通过本发明的制备方法可将该硅铝合金制备成硅铝合金锭，从而使运输、使用更方便。
附图说明
图1为本发明的空调压缩机缸体的结构示意图；
图2为本发明的空调压缩机缸体的左视图；
图3为缸体本体的局部放大图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
用于空调压缩机缸体的铝硅合金，包括以下重量百分比的组份：Si 3.0％，Cu 0.16％，Mg 1.16％，Mn 0.43％，Ti 0.08％，Sr 0.18％，Zr 0.28％，Cr 0.23％，Fe 0.54％，B 0.46％，V 0.54％，Zn 0.31％，Re 0.18％，Sn 0.42％，Pb 0.68％，Be 0.25％，Sc 0.18％，Li 0.66％， Ni 0.52％，La 0.01％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
上述用于空调压缩机缸体的铝硅合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按待制备铝硅合金的各元素重量份选料，同时控制原料中的有害元素含量，其中：S含量≤0.008％，P含量≤0.025％；将原料于熔炼炉内820℃熔炼，得熔炼液；
(2)以氩气为载体将精炼剂粉喷入熔炼炉内对熔炼液720℃精炼50min，扒渣，即得合金液；
(3)合金液经过滤、浇铸、冷却，即得。
实施例2
用于空调压缩机缸体的铝硅合金，包括以下重量百分比的组份：Si 5.0％，Cu 0.18％，Mg 1.18％，Mn 0.41％，Ti 0.06％，Sr 0.16％，Zr 0.26％，Cr 0.21％，Fe 0.52％，B 0.50％，V 0.56％，Zn 0.35％，Re 0.15％，Sn 0.38％，Pb 0.66％，Be 0.23％，Sc 0.16％，Li 0.64％，Ni 0.54％，La 0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
上述用于空调压缩机缸体的铝硅合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按待制备铝硅合金的各元素重量份选料，同时控制原料中的有害元素含量，其中：S含量≤0.008％，P含量≤0.025％；将原料于熔炼炉内810℃熔炼，得熔炼液；
(2)以氩气为载体将精炼剂粉喷入熔炼炉内对熔炼液730℃精炼30min，扒渣，即得合金液；
(3)合金液经过滤、浇铸、冷却，即得。
实施例3
用于空调压缩机缸体的铝硅合金，包括以下重量百分比的组份：Si 3.8％，Cu 0.16％，Mg 1.16％，Mn 0.43％，Ti 0.08％，Sr 0.18％，Zr 0.28％，Cr 0.23％，Fe 0.54％，B 0.46％，V 0.54％，Zn 0.32％，Re 0.18％，Sn 0.42％，Pb 0.68％，Be 0.25％，Sc 0.18％，Li 0.66％，Ni 0.52％，La 0.01％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
实施例4
用于空调压缩机缸体的铝硅合金，包括以下重量百分比的组份：Si 4.2％，Cu 0.18％，Mg 1.18％，Mn 0.41％，Ti 0.06％，Sr 0.16％，Zr 0.26％，Cr 0.21％，Fe 0.52％，B 0.50％，V 0.56％，Zn 0.34％，Re 0.15％，Sn 0.38％，Pb 0.66％，Be 0.23％，Sc 0.16％，Li 0.64％， Ni 0.54％，La 0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
实施例5
用于空调压缩机缸体的铝硅合金，包括以下重量百分比的组份：Si 4.0％，Cu 0.17％，Mg 1.17％，Mn 0.42％，Ti 0.07％，Sr 0.17％，Zr 0.27％，Cr 0.22％，Fe 0.53％，B 0.48％，V 0.55％，Zn 0.33％，Re 0.16％，Sn 0.40％，Pb 0.67％，Be 0.24％，Sc 0.17％，Li 0.65％，Ni 0.53％，La 0.02％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
实施例6
对实施例1至6的用于空调压缩机缸体的铝硅合金测定其抗拉强度、屈服强度和延伸率。
测定仪器：CMT4503万能电子实验机，结果见表1。
表1实施例1至11的合金性能
实施例7
使用寿命长的空调压缩机缸体，包括缸体本体1、前盖2、后盖3；前盖2和后盖3分别设于缸体本体1两端面；前盖2中心设有转臂轴孔4，转臂轴孔4周围均匀设有一组通孔11；缸体1内设有转臂轴套5，转臂轴套5周围均匀设有一组空压室6；缸体本体1自外向内包括防腐层7、铝基层8、镀铜层9和二硫化钼层10；防腐层7的厚度为1-2mm；镀铜层9的厚度为0.5-2mm；二硫化钼层10的厚度为1-2mm；所述缸体1为实施例1至5铝硅合金制得的缸体。

Claims (7)

1.一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金，其特征在于：包括以下重量百分比的组份：Si 3.0-5.0％，Cu 0.16-0.18％，Mg 1.16-1.18％，Mn 0.41-0.43％，Ti 0.06-0.08％，Sr0.16-0.18％，Zr 0.26-0.28％，Cr 0.21-0.23％，Fe 0.52-0.54％，B 0.46-0.50％，V0.54-0.56％，Zn 0.31-0.35％，Re 0.15-0.18％，Sn 0.38-0.42％，Pb 0.66-0.68％，Be0.23-0.25％，Sc 0.16-0.18％，Li 0.64-0.66％，Ni 0.52-0.54％，La 0.01-0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金，其特征在于：包括以下重量百分比的组份：Si 3.8-4.2％，Cu 0.16-0.18％，Mg 1.16-1.18％，Mn 0.41-0.43％，Ti 0.06-0.08％，Sr 0.16-0.18％，Zr 0.26-0.28％，Cr 0.21-0.23％，Fe 0.52-0.54％，B0.46-0.50％，V 0.54-0.56％，Zn 0.32-0.34％，Re 0.15-0.18％，Sn 0.38-0.42％，Pb0.66-0.68％，Be 0.23-0.25％，Sc 0.16-0.18％，Li 0.64-0.66％，Ni 0.52-0.54％，La0.01-0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
3.根据权利要求1所述的一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金，其特征在于：包括以下重量百分比的组份：Si 4.0％，Cu 0.17％，Mg 1.17％，Mn 0.42％，Ti 0.07％，Sr 0.17％，Zr 0.27％，Cr 0.22％，Fe 0.53％，B 0.48％，V 0.55％，Zn 0.33％，Re 0.16％，Sn 0.40％，Pb 0.67％，Be 0.24％，Sc 0.17％，Li 0.65％，Ni 0.53％，La 0.02％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
4.一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按待制备铝硅合金的各元素重量份选料，同时控制原料中的有害元素含量，其中：S含量≤0.008％，P含量≤0.025％；将原料于熔炼炉内熔炼，得熔炼液；
(2)以氩气为载体将精炼剂粉喷入熔炼炉内对熔炼液精炼，扒渣，即得合金液；
(3)合金液经过滤、浇铸、冷却，即得。
5.根据权利要求7所述的一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，熔炼温度为810-820℃。
6.根据权利要求7所述的一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述精炼剂为无钠精炼剂，精炼温度为720-730℃，精炼时间为30-50min。
7.一种使用寿命长的空调压缩机缸体，其特征在于：包括缸体本体(1)、前盖(2)、后盖(3)；所述前盖(2)和后盖(3)分别设于缸体本体(1)两端面；所述前盖(2)中心设有转臂轴孔(4)，转臂轴孔(4)周围均匀设有一组通孔(11)；所述缸体(1)内设有转臂轴套(5)，所述转臂轴套(5)周围均匀设有一组空压室(6)；所述缸体本体(1)自外向内包括防腐层(7)、铝基层(8)、镀铜层(9)和二硫化钼层(10)；所述防腐层(7)的厚度为1-2mm；镀铜层(9)的厚度为0.5-2mm；所述二硫化钼层(10)的厚度为1-2mm；所述缸体(1)为铝硅合金缸体，所述硅铝合金包括以下重量百分比的组份：Si 3.0-5.0％，Cu 0.16-0.18％，Mg 1.16-1.18％，Mn 0.41-0.43％，Ti 0.06-0.08％，Sr 0.16-0.18％，Zr 0.26-0.28％，Cr 0.21-0.23％，Fe 0.52-0.54％，B0.46-0.50％，V 0.54-0.56％，Zn 0.31-0.35％，Re 0.15-0.18％，Sn 0.38-0.42％，Pb0.66-0.68％，Be 0.23-0.25％，Sc 0.16-0.18％，Li 0.64-0.66％，Ni 0.52-0.54％，La0.01-0.03％，其余为铝，各组分质量百分比之和为100％。
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