CN109536790A - 超高抗拉强度铝合金材料及制成的铝合金缸体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超高抗拉强度铝合金材料及制成的铝合金缸体，铝合金材料其按质量分数包括以下组分：Si：8.0～11.0％，Cu：2.0～4.0％，Mn：<0.55％，Mg：0.05～0.55％，Zn：≤1.2％，Ni：≤0.55％，Fe：≤1.3％，Cr：<0.15％，Sn：0.25％，Pb：≤0.35％，Ti：≤0.25％，Os：≤0.21％，稀土材料≤1.1％，其余为Al。采用上述铝合金材料制成的铝合金缸体具有高抗拉强度、高屈服强度和高延伸率，性能明显优于传统AlSi9Cu3型铝合金。

Description

超高抗拉强度铝合金材料及制成的铝合金缸体
技术领域
本发明涉及发动机制造技术领域，尤其涉及超高抗拉强度铝合金材料及制成的铝合金缸体。
背景技术
在铝合金发动机制造技术领域，AlSi9Cu3型铝合金是一种具有良好综合性能的压铸合金，广泛的用于汽车工业，例如轿车车身以及发动机。
随着发动机技术的不断进步，给发动机增设水套已经越来越普及化。越来越复杂水套的设计对发动机缸体机械强度的要求越来越高。而目前AlSi9Cu3型铝合金单铸试棒抗拉强度≥170MPa，屈服强度≥100MPa，延伸率A5≥1.0％。AlSi9Cu3型铝合金已经满足不了轻量化以及复杂化水套设计的需求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了超高抗拉强度铝合金材料及制成的铝合金缸体，具体技术方案如下：
超高抗拉强度铝合金材料，其按质量分数包括以下组分：Si：8.0～11.0％，Cu：2.0～4.0％，Mn：<0.55％，Mg：0.05～0.55％，Zn：≤1.2％，Ni：≤0.55％，Fe：≤1.3％，Cr：<0.15％，Sn：0.25％，Pb：≤0.35％，Ti：≤0.25％，Os：≤0.21％，稀土材料≤1.1％，其余为Al。
作为上述技术方案的改进，所述稀土材料为稀土La和稀土Y。
作为上述技术方案的改进，所述稀土La和稀土Y的质量比为(7.6～8.1):3。
作为上述技术方案的改进，所述超高抗拉强度铝合金材料的制备方法如下：将铝合金材料加入熔炼炉中进行熔化成铝合金熔液，加入除渣剂并静置去除浮渣，升温到720～750℃时，通过氮气将精炼剂旋转吹入熔炼炉，除去铝合金熔液中的气体与非金属杂质；待熔炼炉的内部升温到760℃时，加入铝磷合金进行变质处理，变质处理的温度为725～735℃；吹氩除气直到铝合金熔液的液面无气泡冒出；取样检测且合格后进行保温处理，在700～710℃下静置30～40分钟后准备浇注。
作为上述技术方案的改进，采用除气设备吹氩除气，在0.3～0.5MPa的氩气压力下吹氩除气直到铝合金熔液的液面无气泡冒出。
作为上述技术方案的改进，所述精炼后的铝合金熔液如果超过4小时则作回炉料使用；采用回炉料时，加入熔炼炉的铝合金材料中新料不少于65％。
采用上述超高抗拉强度铝合金材料制成铝合金缸体。
作为上述技术方案的改进，采用液压油缸将高温熔融的铝合金熔液压射进模具的型腔，内浇口流速为35～40m/s。
本发明的有益效果：通过对现有AlSi9Cu3型铝合金的材料工艺进行优化设计，得到的成品的抗拉强度、屈服强度和延伸率显著提高且明显优于传统AlSi9Cu3型铝合金。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
所述超高抗拉强度铝合金材料按质量分数包括以下组分：Si：8.0％，Cu：2.0％，Mn：<0.55％，Mg：0.05％，Zn：≤1.2％，Ni：≤0.55％，Fe：≤1.3％，Cr：<0.15％，Sn：0.25％，Pb：≤0.35％，Ti：≤0.25％，Os：≤0.21％，La：≤7.6％，Y：≤3％，其余为Al。
将铝合金材料加入熔炼炉中进行熔化成铝合金熔液，加入除渣剂并静置去除浮渣，升温到720℃时，通过氮气将精炼剂旋转吹入熔炼炉，除去铝合金熔液中的气体与非金属杂质；待熔炼炉的内部升温到760℃时，加入铝磷合金进行变质处理，变质处理的温度为725℃；采用除气设备吹氩除气，在0.3MPa的氩气压力下吹氩除气直到铝合金熔液的液面无气泡冒出；取样检测且合格后进行保温处理，在700℃下静置40分钟后准备浇注。其中，所述精炼后的铝合金熔液如果超过4小时则作回炉料使用；采用回炉料时，加入熔炼炉的铝合金材料中新料不少于65％。
采用上述超高抗拉强度铝合金材料通过压铸工艺制成铝合金缸体。在压铸工艺中，采用液压油缸将高温熔融的铝合金熔液压射进模具的型腔，内浇口流速为35m/s。
实施例2
所述超高抗拉强度铝合金材料按质量分数包括以下组分：Si：10.0％，Cu：3.0％，Mn：<0.55％，Mg：0.35％，Zn：≤1.2％，Ni：≤0.55％，Fe：≤1.3％，Cr：<0.15％，Sn：0.25％，Pb：≤0.35％，Ti：≤0.25％，Os：≤0.21％，La：≤8％，Y：≤3％，其余为Al。
将铝合金材料加入熔炼炉中进行熔化成铝合金熔液，加入除渣剂并静置去除浮渣，升温到735℃时，通过氮气将精炼剂旋转吹入熔炼炉，除去铝合金熔液中的气体与非金属杂质；待熔炼炉的内部升温到760℃时，加入铝磷合金进行变质处理，变质处理的温度为730℃；采用除气设备吹氩除气，在0.4MPa的氩气压力下吹氩除气直到铝合金熔液的液面无气泡冒出；取样检测且合格后进行保温处理，在705℃下静置35分钟后准备浇注。其中，所述精炼后的铝合金熔液如果超过4小时则作回炉料使用；采用回炉料时，加入熔炼炉的铝合金材料中新料不少于65％。
采用上述超高抗拉强度铝合金材料通过压铸工艺制成铝合金缸体。在压铸工艺中，采用液压油缸将高温熔融的铝合金熔液压射进模具的型腔，内浇口流速为38m/s。
实施例3
所述超高抗拉强度铝合金材料按质量分数包括以下组分：Si：11.0％，Cu：4.0％，Mn：<0.55％，Mg：0.55％，Zn：≤1.2％，Ni：≤0.55％，Fe：≤1.3％，Cr：<0.15％，Sn：0.25％，Pb：≤0.35％，Ti：≤0.25％，Os：≤0.21％，La：≤8.1％，Y：≤3％，其余为Al。
将铝合金材料加入熔炼炉中进行熔化成铝合金熔液，加入除渣剂并静置去除浮渣，升温到750℃时，通过氮气将精炼剂旋转吹入熔炼炉，除去铝合金熔液中的气体与非金属杂质；待熔炼炉的内部升温到760℃时，加入铝磷合金进行变质处理，变质处理的温度为735℃；采用除气设备吹氩除气，在0.5MPa的氩气压力下吹氩除气直到铝合金熔液的液面无气泡冒出；取样检测且合格后进行保温处理，在710℃下静置30分钟后准备浇注。其中，所述精炼后的铝合金熔液如果超过4小时则作回炉料使用；采用回炉料时，加入熔炼炉的铝合金材料中新料不少于65％。
采用上述超高抗拉强度铝合金材料通过压铸工艺制成铝合金缸体。在压铸工艺中，采用液压油缸将高温熔融的铝合金熔液压射进模具的型腔，内浇口流速为40m/s。
在上述实施例中，实施例2中的铝合金材料制成单铸试棒抗拉强度≥260MPa，屈服强度≥170MPa，延伸率≥1.8％。该性能优于传统AlSi9Cu3型铝合金。
添加La，通过显微组织观察，拉伸性能测试，结果表明，添加8.1wt％的La对AlSi9Cu3型铝合金的组织细化效果最好。随着La含量的增加，铸态和热处理态的AlSi9Cu3型铝合金的抗拉强度和伸长率均先增加后降低。当La含量为8.1wt％时，合金试样的拉伸强度达到最大值。添加Y后，组织得到细化和均匀化，强度提高。Y可以显著增大合金的铺展面积，提高合金的力学性能，有助于减少压铸缺陷。
在压铸过程中，优于发动机缸体内腔结构十分复杂，而且表面形状极其不规则，壁厚变化大，铝合金熔液在高速填充时排气过程非常困难，因此，铝合金熔液的含气量对于产品的致密度有着至关重要的影响，而铝合金的特性决定了高温铝合金熔液吸氢能力强；当铝合金熔液冷却后大量的氢快速排出，残留在铸件内部行成气孔。我们采用自动化除气设备，在0.3～0.5MPa的氩气压力下保持7分钟，保证熔炼过程中铝液混入的氢气被氩气带出合金液，从而获得纯净的备压铝液。
在压铸时，要有合理的内浇口压铸速度。内浇口流速太慢，产品易产生冷隔等诸多问题，严重时会直接导致铝液无法充型。内浇口速度太快，铝液对模具的冲击增大，严重缩短模具的使用寿命，且铝液易形成紊流。一般内浇口的流速为35～40m/s为宜。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.超高抗拉强度铝合金材料，其特征在于，其按质量分数包括以下组分：Si：8.0～11.0％，Cu：2.0～4.0％，Mn：<0.55％，Mg：0.05～0.55％，Zn：≤1.2％，Ni：≤0.55％，Fe：≤1.3％，Cr：<0.15％，Sn：0.25％，Pb：≤0.35％，Ti：≤0.25％，Os：≤0.21％，稀土材料≤1.1％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的超高抗拉强度铝合金材料，其特征在于，所述稀土材料为稀土La和稀土Y。
3.根据权利要求2所述的超高抗拉强度铝合金材料，其特征在于，所述稀土La和稀土Y的质量比为(7.6～8.1):3。
4.根据权利要求3所述的超高抗拉强度铝合金材料，其特征在于，所述超高抗拉强度铝合金材料的制备方法如下：将铝合金材料加入熔炼炉中进行熔化成铝合金熔液，加入除渣剂并静置去除浮渣，升温到720～750℃时，通过氮气将精炼剂旋转吹入熔炼炉，除去铝合金熔液中的气体与非金属杂质；待熔炼炉的内部升温到760℃时，加入铝磷合金进行变质处理，变质处理的温度为725～735℃；吹氩除气直到铝合金熔液的液面无气泡冒出；取样检测且合格后进行保温处理，在700～710℃下静置30～40分钟后准备浇注。
5.根据权利要求4所述的超高抗拉强度铝合金材料，其特征在于，采用除气设备吹氩除气，在0.3～0.5MPa的氩气压力下吹氩除气直到铝合金熔液的液面无气泡冒出。
6.根据权利要求5所述的超高抗拉强度铝合金材料，其特征在于，所述精炼后的铝合金熔液如果超过4小时则作回炉料使用；采用回炉料时，加入熔炼炉的铝合金材料中新料不少于65％。
7.采用如权利要求6所述的超高抗拉强度铝合金材料制成的铝合金缸体。
8.根据权利要求7所述的超高抗拉强度铝合金材料制成的铝合金缸体，其特征在于，采用液压油缸将高温熔融的铝合金熔液压射进模具的型腔，内浇口流速为35～40m/s。
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