CN107513646B - 一种高硅铝合金缸套材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si17％～40％、Mg0.5％‑2.5％、Cu0.5％‑1.5％、Mn0.5％‑1.5％、Ni0.2％‑0.8％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。其重量轻。本发明还公开了上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，具体为：步骤1，按重量百分比分别称取上述组分；步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至一定的温度并保温；步骤3，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉或者提拉并开启电磁搅拌装置，获得铸态高硅铝合金；铸态高硅铝合金的内部气体含量降低，组织致密化好。

Description

一种高硅铝合金缸套材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金缸套材料技术领域，涉及一种高硅铝合金缸套材料，本发明还涉及上述高硅铝合金缸套材料的制备方法。
背景技术
发动机的缸套是一种薄壁圆筒形零件，装配在发动机燃烧室的内壁，是内燃柴油机和汽车发动机的关键部件。缸套与活塞直接接触，工作过程中燃烧室内温度高，压强大，因此要求缸套材料必须具有一定的高温强度以及散热性能。由于活塞的挤压往复运动，需要缸套具有优异的摩擦磨损性能及高强度。目前常用的缸套材料主要以铸铁为主，铸铁缸套抗磨损性能较差，导热系数低，在长时间使用后容易造成缸套表面结碳，高压和高温条件下工作时会产生拉缸现象。同时，由于膨胀系数的差异使得铸铁缸套和铝缸体的相容性较差。
铝合金具有密度低，与缸体缸盖等可以实现完美的物理相容性而成为缸套材料的首选。并且高硅铝合金(Si含量高于17％)具有优良的力学性能，低的膨胀系数，高的导热系数等优点，能够满足缸套的服役条件。相对于铸铁缸套，高硅铝合金缸套能够大幅度的减轻重量，提高燃油效益。高硅铝合金的铸态组织主要由初生硅和共晶组织组成，初生硅呈块状，而共晶硅呈针状。常规铸造的高硅铝合金存在着大量的气孔、冷隔等铸造缺陷，粗大的初生硅相会严重割裂铝基体，并且在硅相的尖端和棱角处引起应力集中，导致合金的力学性能很差，无法应用于缸套材料上。因此高硅铝合金多采用快速冷却的方法来细化并改善初晶硅的形态和分布以达到优化性能的目的。目前高硅铝合金的快速冷却方法有粉末冶金和喷射沉积等快速凝固方法。通过粉末冶金制备的铸态高硅铝合金内部存在着较多的孔隙等缺陷，并且其对合金的形状和尺寸也有一定的限制；而喷射沉积成型高硅铝合金往往需要进行热等静压来使铸件更为致密化。此外，这两种快速凝固方法的成本较高，也限制了其使用。因此，提供新的高硅铝合金制备方法对于扩展其在汽车行业中的使用尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高硅铝合金缸套材料，其重量轻。
本发明还提供了上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，其铸态高硅铝合金的内部气体含量降低，组织致密化好。
本发明所采用的技术方案是，一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si17％～40％、Mg0.5％-2.5％、Cu0.5％-1.5％、Mn0.5％-1.5％、Ni0.2％-0.8％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
本发明还提供了上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si17％～40％、Mg0.5％-2.5％、Cu0.5％-1.5％、Mn0.5％-1.5％、Ni0.2％-0.8％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至一定的温度并保温；
步骤3，采用提拉法获得铸态高硅铝合金，具体为：在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉或者提拉并开启电磁搅拌装置，获得铸态高硅铝合金。
优选地，步骤2中将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，然后，加热升温至700℃-900℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液。
优选地，步骤2中将熔融液降温至650℃-750℃并保温10分钟。
优选地，向上提拉提拉杆过程中，进行电磁搅拌，熔炼炉底部电磁搅拌装置频率在200-400Hz。
本发明的有益效果是，本发明的方法获得的组织兼具有快速凝固方法特征的细小分散的初硅组织和高致密性的特点，本发明的方法铸造过程中，由于缸套材料的薄壁化提供快速凝固速率以及电磁搅拌提供更多形核核心，从而促使凝固态组织的细小，其次，提拉过程中减少外部气体进入熔体合金中，从而使铸造合金的内部气体含量降低，达到组织致密化的目的。
附图说明
图1是本发明一种高硅铝合金缸套材料的制备方法步骤3提拉法提拉示意图。
图中，1.坩埚，2.提拉杆，3.籽晶，4.射频加热感应器，5.电磁搅拌装置，6.铸态高硅铝合金，7.熔融液。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si17％～40％、Mg0.5％-2.5％、Cu0.5％-1.5％、Mn0.5％-1.5％、Ni0.2％-0.8％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
本发明还提供了上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si17％～40％、Mg0.5％-2.5％、Cu0.5％-1.5％、Mn0.5％-1.5％、Ni0.2％-0.8％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩1里，加热升温至700℃-900℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至650℃-750℃并保温10分钟。
如图1所示，步骤3，采用提拉法获得铸态高硅铝合金6，具体为：在提拉杆2上安放一粒籽晶3，让籽晶3接触熔融液7体表面，待籽晶3表面稍熔后，提拉提拉杆2或者提拉提拉杆2并开启电磁搅拌装置5，电磁搅拌装置频率为200-400Hz，获得铸态高硅铝合金。
本发明加热采用设置在坩埚1外周的射频加热感应器4。
实施例1
一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si22％、Mg1.5％、Cu1％、Mn1.5％、Ni0.5％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si22％、Mg1.5％、Cu1％、Mn1.5％、Ni0.5％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温至780℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至720℃并保温10分钟；
步骤3，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉提拉杆，获得铸态高硅铝合金。
实施例2
一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si22％、Mg1.5％、Cu1％、Mn1.5％、Ni0.5％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si22％、Mg1.5％、Cu1％、Mn1.5％、Ni0.5％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温至780℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至720℃并保温10分钟；
步骤3，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并开启电磁搅拌装置，电磁搅拌装置频率为200-400Hz，获得铸态高硅铝合金。
实施例3
一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si35％、Mg1.5％、Cu1％、Mn1.5％、Ni0.5％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si35％、Mg1.5％、Cu1％、Mn1.5％、Ni0.5％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温至780℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至720℃并保温10分钟；
步骤3，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并开启电磁搅拌装置，电磁搅拌装置频率为200-400Hz，获得铸态高硅铝合金。
实施例4
一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si17％、Mg0.5％、Cu0.5％、Mn0.5％、Ni0.8％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si17％、Mg0.5％、Cu0.5％、Mn0.5％、Ni0.8％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温至700℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至650℃并保温10分钟；
步骤3，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并开启电磁搅拌装置，电磁搅拌装置频率为200Hz，获得铸态高硅铝合金。
实施例5
一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si40％、Mg2.5％、Cu1.5％、Mn0.8％、Ni0.2％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si40％、Mg2.5％、Cu1.5％、Mn0.8％、Ni0.2％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温至900℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至750℃并保温10分钟；
步骤3，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并开启电磁搅拌装置，电磁搅拌装置频率为400Hz，获得铸态高硅铝合金。
实施例6
一种高硅铝合金缸套材料，按照质量百分比由以下组分组成：Si30％、Mg1.2％、Cu0.7％、Mn0.7％、Ni0.4％、余量为Al，以上各组分的质量百分比总和为100％。
上述高硅铝合金缸套材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si30％、Mg1.2％、Cu0.7％、Mn0.7％、Ni0.4％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温至800℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至700℃并保温10分钟；
步骤3，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并开启电磁搅拌装置，电磁搅拌装置频率为300Hz，获得铸态高硅铝合金。

Claims (3)

1.一种高硅铝合金缸套材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1，按重量百分比分别称取Si17％-40％、Mg0.5％-1.2％、Cu0.5％-1.5％、Mn0.7％-0.8％、Ni0.2％-0.8％、余量为Al，上述各组份的重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温并保温直至其全部熔融，得到熔融液，再将熔融液降温至一定的温度并保温；
所述步骤2中将步骤1称取的原材料混合放入坩埚里，加热升温至700℃-900℃并保温直至其全部熔融，得到熔融液；
步骤3，采用提拉法获得铸态高硅铝合金，具体为：在坩埚下方设置电磁搅拌装置，在提拉杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔融液体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉或者提拉过程中开启电磁搅拌装置，获得铸态高硅铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种高硅铝合金缸套材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中将熔融液降温至650℃-750℃并保温10分钟。
3.根据权利要求1所述的一种高硅铝合金缸套材料的制备方法，其特征在于，所述电磁搅拌装置频率为200-400Hz。
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