CN110129631A - 一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110129631A
CN110129631A CN201910440727.4A CN201910440727A CN110129631A CN 110129631 A CN110129631 A CN 110129631A CN 201910440727 A CN201910440727 A CN 201910440727A CN 110129631 A CN110129631 A CN 110129631A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ingot
alloy
intermediate alloy
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910440727.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110129631B (zh
Inventor
李建平
郭永春
杨伟
夏峰
杨忠
段洪波
胥涛
郭松松
梁良宪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201910440727.4A priority Critical patent/CN110129631B/zh
Publication of CN110129631A publication Critical patent/CN110129631A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110129631B publication Critical patent/CN110129631B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/02—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
    • C22B9/026—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves by acoustic waves, e.g. supersonic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料，由以下重量百分含量的合金元素组成：Si：9.0～17.0wt％，Cu：2.0～7.0wt％，Ni：1.5～5.5wt％，Mg：0.6～1.5wt％，Fe：0.2～1.1wt％，Cr：0.2～1.1wt％，Ti：0.1～0.3wt％，B：0.15～0.5wt％，C：0.1～0.3wt％，P：0.08～0.12wt％，稀土元素RE：0.4～0.6wt％，Zr：≤0.3wt％，Sc：≤0.3wt％，余量为Al。本发明还提供了上述铝合金材料的制备方法，采用含B、Ti、Al混合盐和含Ti、Al、C混合盐压块在铝合金熔熔体中直接反应生成微纳米强化相制备得到。

Description

一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法。
背景技术
随着内燃机发动机功率密度的提升，燃烧室温度和爆发压力提高，使得柴油机燃烧室关键构件需要承受高温、高压及高工作频率，尤其是活塞，其工作温度、承受的爆发压力和工作频率分别可达到425℃、22MPa和70Hz，因而要求燃烧室关键构件材料必须具有优良的铸造性能，高强韧、高抗热机疲劳性、高热稳定性及低热膨胀系数。
目前使用的常规燃烧室关键构件在功率密度工况下，极易产生开裂、烧蚀、拉缸和碎裂，主要是因为关键构件铝合金材料组织粗大，有害相较多，高温强化相较少，引起材料高温抗蠕变和疲劳性能较差。因而现有的燃烧室关键构件用铝合金材料已不能满足当前使用要求，所以迫切需要制备一种新的内燃机用高强韧耐热铝合金用铝合金材料来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法。
本发明的第一个目的是提供一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料，由以下重量百分含量的合金元素组成：
Si：9.0～17.0wt％，Cu：2.0～7.0wt％，Ni：1.5～5.5wt％，Mg：0.6～1.5wt％，Fe：0.2～1.1wt％，Cr：0.2～1.1wt％，Ti：0.1～0.3wt％，B：0.15～0.5wt％，C：0.1～0.3wt％，P：0.08～0.12wt％，稀土元素RE：0.4～0.6wt％，Zr：≤0.3wt％，Sc：≤0.3wt％，余量为Al；
所述稀土元素RE为镧铈混合稀土元素。
本发明的第二个目的是提供一种上述内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钠按照重量比8:8:1的比例混合接着真空球磨，然后冷压加工，得到压块1；将碳粉、钛粉和铝粉按照重量比为1:4:3的比例混合，接着真空球，然后冷压加工，得到压块2；
S2、将纯铝锭A熔化，升温至1200～1300℃，压入压块2，搅拌反应5～10min，接着降温至850～900℃，压入压块1，搅拌反应10～15min，得到中间合金熔体，然后浇注成含有TiC和TiB2中间合金的铸锭；
S3、按照以下重量百分含量的合金元素组成：Si：9.0～17.0wt％，Cu：2.0～7.0wt％，Ni：1.5～5.5wt％，Mg：0.6～1.5wt％，Fe：0.2～1.1wt％，Cr：0.2～1.1wt％，Ti：0.1～0.3wt％，B：0.15～0.5wt％，C：0.1～0.3wt％，P：0.08～0.12wt％，稀土元素RE：0.4～0.6wt％，Zr：≤0.3wt％，Sc：≤0.3wt％，余量为Al，分别称取纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金、Al-4Ti中间合金、Al-20Fe中间合金、Al-20Cr中间合金、纯镁锭、Al-3Sc中间合金、铝磷合金和S2中得到的铸锭，其中，Ti元素源于Al-4Ti中间合金和S2中所得到铸锭中的TiC和TiB2中间合金，稀土元素RE为镧铈混合稀土元素；
S4、将S3中称取的纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金和Al-4Ti中间合金依次放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为680～800℃，完全熔化后加入S3中称取的Al-20Fe中间合金和Al-20Cr中间合金，接着于750～770℃保温20～30min，然后搅拌后静置5～10min，接着于710～730℃加入S3中称取的纯镁锭熔融，调整温度到740～760℃，得到铝合金熔体；
S5、将S4中得到的铝合金熔体转入保温炉中，接着在740～760℃加入S3中称取的铝磷合金和镧铈混合稀土，静置反应10～15min，然后加入S3中称取的铸锭，接着降低温度到710～730℃，除气，除气完成后，静置10～15min，继续加入S3中称取的Al-3Sc中间合金，保温3～5min，调整温度到730～760℃，接着进行超声波震荡处理，然后浇注得到铝合金铸锭，接着对铝合金铸锭进行热处理，处理完成后，即得到铝合金材料。
优选的，步骤S2中，所述铸锭中TiC和TiB2中间合金的含量均为铸锭质量的5wt％。
优选的，步骤S5中，所述铝磷合金为AlP3。
优选的，步骤S5中，所述镧铈混合稀土中镧稀土与铈稀土的质量比为4:6。
优选的，步骤S5中利用旋转除气机进行除气，所述旋转除气机的参数设置为：转速600～800r/min，通入Ar的压力设置为0.3～0.6MPa，除气时间为20～30min。
优选的，步骤S2和S5中利用铸锭模进行浇注，且所述铸锭模在浇注前需经过前处理，具体为：在铸锭模内涂刷涂料，并采用U型炉将铸锭模、集液槽和流槽烘干，烘干温度为150～200℃。
优选的，步骤S2和S5中，所述浇注过程中铸锭模的变频器转速设置为10～12r/min，浇注熔体流速设置为5～8s/锭。
优选的，步骤S5中，所述超声波震荡处理的功率为1～3KW，处理时间为2～5min。
优选的，步骤S5中，所述热处理的方法为：首先于480～510℃保温2～15h，放入60～80℃水中淬火处理，待铝合金材料冷却至室温后取出，接着静置24h，然后于175～250℃保温2～10h，自然冷却至室温即可。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)本发明制备得到的铝合金材料具有高强韧性，抗热疲劳性能好，高热稳定性好，其室温强度≥300MPa，延伸率≥1.5％；350℃的抗拉强度≥100MPa，延伸率≥7％；425℃的抗拉强度≥60MPa，延伸率≥8％；350℃旋弯疲劳强度≥50MPa。
(2)本发明的制备工艺简单，合金中的TiC和TiB2纳米粒子不需要通过高温真空烧结反应引入，可直接在铝合金熔体中通过加入中间合金引入。
(3)本发明通过利用Cr将长针状β铁相转变为具有高温强化效果的骨骼状和花卉的α铁相，提高了高温性能。
(4)本发明利用超声波震荡处理进行晶粒细化，得到铝合金材料组织分布均匀、晶粒细小。
(5)本发明提供的铝合金材料适用性和制造性范围广，可制造内燃机关键零部件，如缸体、缸盖和活塞等，同时该材料可通过不同铸造成型方法进行零部件制造。
附图说明
图1为本发明实施例2中各阶段合成材料的金相图；
其中：图1a为铝合金熔体未经Cr处理的金相图；图1b为铝合金熔体经Cr处理后的金相图；图1c为铝合金熔体经Cr变质和超声处理处理后的金相图；
图2是本发明实施例2中生成的TiC和Ti2B纳米粒子在不同放大倍数下的微观图。
其中：图2a为1000倍下的微观图；图2b为1500倍下的微观图；图2c为30000倍下的微观图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
以下实施例中步骤S2和S5中，铸锭模在浇注前需经过前处理，具体为在铸锭模内涂刷涂料，并采用U型炉将铸锭模、集液槽和流槽烘干，烘干温度为150～200℃，且镧铈混合稀土中镧稀土与铈稀土的质量比为4:6。
以下实施例中，步骤S1加入的氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钠原料中除Ti和B元素外，其余元素均在步骤S2得到的中间合金熔体的表面形成浮渣，并在浇注前被清除。
实施例1
一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料，具体由以下重量百分含量的元素组成：Si：17.0wt％，Cu：2.0wt％，Ni：1.5wt％，Mg：0.6wt％，Fe：0.4wt％，Cr：0.4wt％，Zr：0.3wt％，Ti：0.3wt％，Sc：0.3wt％，B：0.15wt％，C：0.1wt％，P：0.08wt％，稀土元素RE：0.4wt％，余量为Al。
一种上述内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钠按照重量比8:8:1的比例混合接着真空球磨1h，然后置于模具中进行冷压加工，得到压块1；将碳粉、钛粉和铝粉按照重量比为1:4:3的比例混合，接着真空球磨8h，然后置于模具中进行冷压加工，得到压块2；
S2、将纯铝锭A熔化，并升温至1200℃，接着压入压块2，搅拌反应5min，降温至850℃压入压块1，搅拌反应10min，得到中间合金熔体，然后浇注成含有5％wtTiC和5％wtTiB2中间合金的铸锭；
S3、按照以下重量百分含量的合金元素组成：Si：17.0wt％，Cu：2.0wt％，Ni：1.5wt％，Mg：0.6wt％，Fe：0.4wt％，Cr：0.4wt％，Zr：0.3wt％，Ti：0.3wt％，Sc：0.3wt％，B：0.15wt％，C：0.1wt％，P：0.08wt％，稀土元素RE：0.4wt％，余量为Al，分别称取纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金、Al-4Ti中间合金、Al-20Fe中间合金、Al-20Cr中间合金、纯镁锭、Al-3Sc中间合金、AlP3合金、镧铈混合稀土和S2中得到的铸锭，其中Ti元素源于Al-4Ti中间合金和S2中所得到铸锭中的TiC和TiB2中间合金；
S4、将S3中称取的纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金和Al-4Ti中间合金依次放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为680℃，完全熔化后加入S3中称取的Al-20Fe中间合金和Al-20Cr中间合金，接着于750℃保温30min，接着搅拌3min后静置5min，然后于710℃加入S3中称取的纯镁锭熔融，接着调整温度到740℃，得到铝合金熔体；
S5、将S4中得到的铝合金熔体转入保温炉中，接着在760℃加入S3中称取的AlP3合金和镧铈混合稀土，静置反应15min，然后加入S3中称取的铸锭，然后降低温度到710℃，接着利用旋转除气机进行除气，旋转除气机的参数设置为转速600r/min，所通入Ar的压力设置为0.6MPa，除气时间为20min，除气完成后，静置10min，继续加入S3中称取的Al-3Sc中间合金，保温3min，调整温度到730℃，得到浇注熔体，接着对浇注熔体进行超声波震荡处理，超声波震荡处理的功率为1KW，处理时间为5min，超声波震荡处理后将熔体浇注在铸锭模中，浇注过程中，铸锭模的变频器转速设置为12r/min，浇注熔体流速设置为5s/锭，然后于480℃保温15h，放入60℃水中淬火处理，待铝合金材料冷却至室温后取出，接着静置24h，然后于175℃保温10h，自然冷却至室温，即得到铝合金材料。
实施例2
一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料，具体由以下重量百分含量的元素组成：Si：9.0wt％，Cu：7.0wt％，Ni：5.5wt％，Mg：1.0wt％，Fe：0.6wt％，Cr：0.6wt％，Zr：0.2wt％，Ti：0.2wt％，Sc：0.2wt％，稀土元素RE：0.5wt％，B：0.3wt％，C：0.2wt％，P：0.1wt％，余量为Al。
一种上述内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钠按照重量比8:8:1的比例混合接着真空球磨2h，然后置于模具中进行冷压加工，得到压块1；将碳粉、钛粉和铝粉按照重量比为1:4:3的比例混合，接着真空球磨9h，然后置于模具中进行冷压加工，得到压块2；
S2、将纯铝锭A熔化，并升温至1250℃，接着压入压块2，搅拌反应6min，降温至870℃压入压块1，搅拌反应12min，得到中间合金熔体，然后浇注成含有5％wtTiC和5％wtTiB2中间合金的铸锭；
S3、按照以下重量百分含量的合金元素组成：Si：9.0wt％，Cu：7.0wt％，Ni：5.5wt％，Mg：1.0wt％，Fe：0.6wt％，Cr：0.6wt％，Zr：0.2wt％，Ti：0.2wt％，Sc：0.2wt％，稀土元素RE：0.5wt％，B：0.3wt％，C：0.2wt％，P：0.1wt％，余量为Al，分别称取纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金、Al-4Ti中间合金、Al-20Fe中间合金、Al-20Cr中间合金、纯镁锭、Al-3Sc中间合金、AlP3合金、镧铈混合稀土和S2中得到的铸锭，其中Ti元素源于Al-4Ti中间合金和S2中所得到铸锭中的TiC和TiB2中间合金；
S4、将S3中称取的纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金和Al-4Ti中间合金依次放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为780℃，完全熔化后加入S3中称取的Al-20Fe中间合金和Al-20Cr中间合金，接着于760℃保温20min，接着搅拌5min后静置10min，然后于730℃加入S3中称取的纯镁锭熔融，将熔炼体温度调整到750℃，得到铝合金熔体；
S5、将S4中得到的铝合金熔体转入保温炉中，接着在760℃加入S3中称取的AlP3合金和镧铈混合稀土，静置反应10min，然后加入S3中称取的铸锭，然后降低温度到720℃，利用旋转除气机进行除气，旋转除气机的参数设置为转速700r/min，通入Ar的压力设置为0.4MPa，除气时间为30min，除气完成后，静置15min，继续加入S3中称取的Al-3Sc中间合金，保温5min，调整温度到750℃，得到浇注熔体，接着对浇注熔体进行超声波震荡处理，超声波震荡处理的功率为2KW，处理时间为5min，超声波震荡处理后将浇注熔体浇注在铸锭模中，浇注过程中，铸锭模的变频器转速设置为10r/min，浇注熔体流速设置为6s/锭，然后于500℃保温8h，放入80℃水中淬火处理，待铝合金材料冷却至室温后取出，接着静置24h，然后于200℃保温6h，自然冷却至室温，即得到铝合金材料。
实施例3
一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料，具体由以下重量百分含量的元素组成：Si：13.0wt％，Cu：4.0wt％，Ni：3.5wt％，Mg：1.5wt％，Fe：1.1wt％，Cr：1.1wt％，Zr：0.1wt％，Ti：0.1wt％，Sc：0.1wt％，稀土元素RE：0.6wt％，B：0.5wt％，C：0.3wt％，P：0.12wt％，余量为Al。
一种上述内燃机用高强韧耐热铝合金金材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钠按照重量比8:8:1的比例混合接着真空球磨3h，然后置于模具中进行冷压加工，得到压块1；将碳粉、钛粉和铝粉按照重量比为1:4:3的比例混合，接着真空球磨10h，然后置于模具中进行冷压加工，得到压块2；
S2、将纯铝锭A熔化，并升温至1300℃，接着压入压块2，搅拌反应10min，降温至900℃压入压块1，搅拌反应15min，得到中间合金熔体，然后浇注成含有5wt％TiC和5wt％TiB2中间合金的铸锭；
S3、按照以下重量百分含量的合金元素组成：Si：13.0wt％，Cu：4.0wt％，Ni：3.5wt％，Mg：1.5wt％，Fe：1.1wt％，Cr：1.1wt％，Zr：0.1wt％，Ti：0.1wt％，Sc：0.1wt％，稀土元素RE：0.6wt％，B：0.5wt％，C：0.3wt％，P：0.12wt％，余量为Al，分别称取纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金、Al-4Ti中间合金、Al-20Fe中间合金、Al-20Cr中间合金、纯镁锭、Al-3Sc中间合金、AlP3合金、镧铈混合稀土和S2中得到的铸锭，其中Ti元素源于Al-4Ti中间合金和S2中所得到铸锭中的TiC和TiB2中间合金；
S4、将S3中称取的纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金和Al-4Ti中间合金依次放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为800℃，完全熔化后加入S3中称取的Al-20Fe中间合金和Al-20Cr中间合金，接着于770℃保温20min，接着搅拌3min后静置5min，然后于730℃加入纯镁锭熔融，将熔体温度调整到760℃，得到铝合金熔体；
S5、将S4中得到的铝合金熔体转入保温炉中，接着在760℃加入S3中称取的AlP3合金和镧铈混合稀土，静置反应10min，然后加入S2中得到的铸锭，然后降低温度到730℃，利用旋转除气机进行除气，旋转除气机的参数设置为转速800r/min，通入Ar的压力设置为0.3MPa，除气时间为30min，除气完成后，静置15min，继续加入Al-3Sc中间合金，保温3min，调整温度到760℃，得到浇注熔体，接着对浇注熔体进行超声波震荡处理，超声波震荡处理的功率为3KW，处理时间为2min，超声波震荡处理后将浇注熔体浇注在铸锭模中，浇注过程中，铸锭模的变频器转速设置为12r/min，浇注熔体流速设置为8s/锭，然后于510℃保温2h，放入60℃水中淬火处理，待铝合金材料冷却至室温后取出，接着静置24h，然后于250℃保温2h，自然冷却至室温，即得到铝合金材料。
下面以实施例2制备的铝合金材料为例，对其结构和性能进行研究。
图1为本发明实施例2中各阶段合成材料的金相图；图1a为铝合金熔体未经Cr处理的金相图；图1b为铝合金熔体经Cr处理后的金相图；图1c为铝合金熔体经Cr变质和超声波震荡处理后的金相图；通过图1a可以看出，铝合金材料中加Fe后，金相组织明显可以看到针状的β-Fe相和花卉状α-Fe相分布在基体上，β-Fe相容易割裂基体，造成力学性能下降；通过图1b可以看出，当采用Cr变质后，针状β-Fe相消失，花卉状α-Fe相变小，有利于提高力学性能；通过图1c可以看出，当采用Cr变质和超声处理，β-Fe消失，α-Fe变得更细小，在金相组织中已经很难找到，可大大提高力学性能。
图2为本发明实施例2中生成的TiC和TiB2纳米粒子的微观图。通过图2a和图2b可以看出，TiC和TiB2纳米粒子加入量约为0.5～1.5％，通过图2c可以看出，铝合金中的Si具有促进TiC的分解作用，弱化TiC的强化作用，且本发明中TiB2可以有效的抑制TiC的分解，TiC呈六边形块状，小于2μm，TiB2呈颗粒状，小于200nm。反应生成的这些微纳米粒子可以有效提高铝合金的力学性能。
对本发明实施例2制得的产物进行材料性能测试，测试结果如下：
室温强度：336MPa，延伸率：2％；350℃抗拉强度：112MPa，延伸率：8％；425℃抗拉强度：62MPa，延伸率：10％；350℃旋弯疲劳强度：53MPa。综上所述，本发明制备得到的铝合金材料具有高强韧性，抗热疲劳性能好，高热稳定性。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选实施例及其效果，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料，其特征在于，由以下重量百分含量的合金元素组成：Si：9.0～17.0wt％，Cu：2.0～7.0wt％，Ni：1.5～5.5wt％，Mg：0.6～1.5wt％，Fe：0.2～1.1wt％，Cr：0.2～1.1wt％，Ti：0.1～0.3wt％，B：0.15～0.5wt％，C：0.1～0.3wt％，P：0.08～0.12wt％，稀土元素RE：0.4～0.6wt％，Zr：≤0.3wt％，Sc：≤0.3wt％，余量为Al；
所述稀土元素RE为镧铈混合稀土元素。
2.根据权利要求1所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钠按照重量比8:8:1的比例混合后真空球磨，然后冷压加工，得到压块1；将碳粉、钛粉和铝粉按照重量比为1:4:3的比例混合后真空球磨，然后冷压加工，得到压块2；
S2、将纯铝锭A熔化，升温至1200～1300℃，压入压块2，搅拌反应5～10min，接着降温至850～900℃，压入压块1，搅拌反应10～15min，得到中间合金熔体，然后浇注成含有TiC和TiB2中间合金的铸锭；
S3、按照以下重量百分含量的合金元素组成：Si：9.0～17.0wt％，Cu：2.0～7.0wt％，Ni：1.5～5.5wt％，Mg：0.6～1.5wt％，Fe：0.2～1.1wt％，Cr：0.2～1.1wt％，Ti：0.1～0.3wt％，B：0.15～0.5wt％，C：0.1～0.3wt％，P：0.08～0.12wt％，稀土元素RE：0.4～0.6wt％，Zr：≤0.3wt％，Sc：≤0.3wt％，余量为Al，分别称取纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金、Al-4Ti中间合金、Al-20Fe中间合金、Al-20Cr中间合金、纯镁锭、Al-3Sc中间合金、铝磷合金、混合稀土和S2中得到的铸锭；
其中，所述Ti元素源于Al-4Ti中间合金和S2中所得到铸锭中的TiC和TiB2中间合金，所述混合稀土为镧铈混合稀土；
S4、将S3中称取的纯铝锭B、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-4Zr中间合金和Al-4Ti中间合金依次在680～800℃下熔炼，完全熔化后加入S3中称取的Al-20Fe中间合金和Al-20Cr中间合金，于750～770℃保温20～30min，然后搅拌后静置5～10min，接着于710～730℃加入S3中称取的纯镁锭熔融，调整温度到740～760℃，得到铝合金熔体；
S5、将S4中得到的铝合金熔体在740～760℃下加入S3中称取的铝磷合金和镧铈混合稀土，反应10～15min，然后加入S3中称取的铸锭，降温至710～730℃，除气，除气完成后，静置10～15min，继续加入S3中称取的Al-3Sc中间合金，保温3～5min，调整温度到730～760℃，接着进行超声波震荡处理，然后浇注得到铝合金铸锭，接着对铝合金铸锭进行热处理，处理完成后，即得到铝合金材料。
3.根据权利要求2所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述铸锭中TiC和TiB2中间合金的含量均为铸锭质量的5wt％。
4.根据权利要求2所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述铝磷合金为AlP3。
5.根据权利要求2所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述镧铈混合稀土中镧稀土与铈稀土的质量比为4:6。
6.根据权利要求2所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中利用旋转除气机进行除气，所述旋转除气机的参数设置为：转速600～800r/min，通入Ar的压力设置为0.3～0.6MPa，除气时间为20～30min。
7.根据权利要求2所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2和S5中利用铸锭模进行浇注，铸锭模在浇注前需经过前处理，具体为：在铸锭模内涂刷涂料，并采用U型炉将铸锭模、集液槽和流槽烘干，烘干温度为150～200℃。
8.根据权利要求7所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2和S5中，浇注过程中铸锭模的变频器转速设置为10～12r/min，浇注熔体流速设置为5～8s/锭。
9.根据权利要求2所述的内燃机用高强韧耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述超声波震荡处理的功率为1～3KW，处理时间为2～5min。
10.根据权利要求2所述的内燃机用高强韧耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述热处理的方法为：首先于480～510℃保温2～15h，放入60～80℃水中淬火处理，待铝合金材料冷却至室温后取出，接着静置24h，然后于175～250℃保温2～10h，自然冷却至室温即可。
CN201910440727.4A 2019-05-24 2019-05-24 一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法 Active CN110129631B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910440727.4A CN110129631B (zh) 2019-05-24 2019-05-24 一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910440727.4A CN110129631B (zh) 2019-05-24 2019-05-24 一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110129631A true CN110129631A (zh) 2019-08-16
CN110129631B CN110129631B (zh) 2020-08-11

Family

ID=67581558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910440727.4A Active CN110129631B (zh) 2019-05-24 2019-05-24 一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110129631B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112410591A (zh) * 2020-10-30 2021-02-26 滨州渤海活塞有限公司 过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法
CN115125421A (zh) * 2022-07-19 2022-09-30 西安工业大学 一种内燃机用准晶增强的低膨胀铝合金及其制备方法
CN115418513A (zh) * 2022-09-23 2022-12-02 北京航空航天大学云南创新研究院 一种高强耐热铸造铝硅合金及其热处理方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU541885A1 (ru) * 1975-07-15 1977-01-05 Научно-исследовательский институт автотракторных материалов Сплав на основе алюмини
JPH04202737A (ja) * 1990-11-30 1992-07-23 Showa Alum Corp 強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金
JP2003343353A (ja) * 2002-05-30 2003-12-03 Riken Corp 内燃機関のシリンダとピストンリングの組み合わせ
JP2004027316A (ja) * 2002-06-27 2004-01-29 Nippon Light Metal Co Ltd 高温強度に優れたアルミニウム合金およびその製造方法
CN101522935A (zh) * 2006-08-01 2009-09-02 昭和电工株式会社 铝合金成形品的制造方法、铝合金成形品以及生产系统
CN101942585A (zh) * 2010-10-11 2011-01-12 湖南江滨机器（集团）有限责任公司 铝合金和柴油机活塞
CN103484796A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 龙口市大川活塞有限公司 一种发动机活塞材料及其加工工艺
CN104372208A (zh) * 2014-10-28 2015-02-25 赵遵成 一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法
JP2015086445A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 スズキ株式会社 アルミニウム合金
CN104862543A (zh) * 2014-02-26 2015-08-26 成都智利达科技有限公司 一种飞机发动机活塞用耐热铝合金
CN105568034A (zh) * 2015-12-17 2016-05-11 华南理工大学 一种颗粒混合增强铝基复合材料及其制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU541885A1 (ru) * 1975-07-15 1977-01-05 Научно-исследовательский институт автотракторных материалов Сплав на основе алюмини
JPH04202737A (ja) * 1990-11-30 1992-07-23 Showa Alum Corp 強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金
JP2003343353A (ja) * 2002-05-30 2003-12-03 Riken Corp 内燃機関のシリンダとピストンリングの組み合わせ
JP2004027316A (ja) * 2002-06-27 2004-01-29 Nippon Light Metal Co Ltd 高温強度に優れたアルミニウム合金およびその製造方法
CN101522935A (zh) * 2006-08-01 2009-09-02 昭和电工株式会社 铝合金成形品的制造方法、铝合金成形品以及生产系统
CN101942585A (zh) * 2010-10-11 2011-01-12 湖南江滨机器（集团）有限责任公司 铝合金和柴油机活塞
CN103484796A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 龙口市大川活塞有限公司 一种发动机活塞材料及其加工工艺
JP2015086445A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 スズキ株式会社 アルミニウム合金
CN104862543A (zh) * 2014-02-26 2015-08-26 成都智利达科技有限公司 一种飞机发动机活塞用耐热铝合金
CN104372208A (zh) * 2014-10-28 2015-02-25 赵遵成 一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法
CN105568034A (zh) * 2015-12-17 2016-05-11 华南理工大学 一种颗粒混合增强铝基复合材料及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112410591A (zh) * 2020-10-30 2021-02-26 滨州渤海活塞有限公司 过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法
CN112410591B (zh) * 2020-10-30 2022-03-04 滨州渤海活塞有限公司 过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法
CN115125421A (zh) * 2022-07-19 2022-09-30 西安工业大学 一种内燃机用准晶增强的低膨胀铝合金及其制备方法
CN115418513A (zh) * 2022-09-23 2022-12-02 北京航空航天大学云南创新研究院 一种高强耐热铸造铝硅合金及其热处理方法
CN115418513B (zh) * 2022-09-23 2023-09-29 北京航空航天大学云南创新研究院 一种高强耐热铸造铝硅合金及其热处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110129631B (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101775530B (zh) 一种过共晶铝硅合金活塞材料
CN110129631A (zh) 一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法
CN109487107B (zh) 一种兼具富铁相变质的铸造铝合金的复合变质剂及其变质方法
CN101205581A (zh) 使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂制备的再生铝及其制备方法
CN100406159C (zh) 一种使Mg-Al-Zn基铸造镁合金获得高强度高韧性的方法
CN111304476B (zh) 一种抑制原始颗粒边界形成的细晶粉末高温合金的制备方法
CN114525425B (zh) 一种mc型碳化物增强镍基高温合金复合材料、制备方法及其应用
CN115595477B (zh) 一种铝基复材及其制备方法
CN111254327B (zh) 一种高硅铝合金及其铸造方法
CN109055831B (zh) 纳米过共晶铝硅合金复合变质剂及其制备方法和用途
CN113373347B (zh) 5g基站用高强韧高导热易焊接铝基复合材料及制备方法
CN107400808B (zh) 一种Al-Ti-C-Nd中间合金及其制备方法和应用
CN108251670A (zh) 耐高温金属间化合物合金的制备方法
CN110129624B (zh) 一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法
CN109022888B (zh) 新型原位自生过共晶铝硅合金复合变质剂及其制备方法
CN100410407C (zh) Mg-Al-Si-Mn-Ca合金制备方法
CN110093524A (zh) 一种高硅铝合金用变质剂及其使用方法
CN110144501A (zh) 一种长效变质的高硅铝合金及其变质工艺
CN114107756B (zh) 一种可抑制3d打印凝固裂纹的铝合金及其加工方法
CN107385259A (zh) 一种亚共晶铝硅合金细化变质的方法
JPH0841564A (ja) Ｍｇ基複合材と、その製造方法
CN108588524A (zh) 一种金属型重力铸造镁合金材料及其制备方法
CN114277277A (zh) 一种AlN/Al颗粒增强镁铝稀土基复合材料及其制备方法
CN108048705B (zh) 一种含钇耐腐蚀铝合金材料的制备方法
CN1145412A (zh) 铝锶钛硼中间合金及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Jianping

Inventor after: Guo Yongchun

Inventor after: Yang Wei

Inventor after: Xia Feng

Inventor after: Yang Zhong

Inventor after: Duan Hongbo

Inventor after: Xu Tao

Inventor after: Guo Songsong

Inventor after: Liang Minxian

Inventor before: Li Jianping

Inventor before: Guo Yongchun

Inventor before: Yang Wei

Inventor before: Xia Feng

Inventor before: Yang Zhong

Inventor before: Duan Hongbo

Inventor before: Xu Tao

Inventor before: Guo Songsong

Inventor before: Liang Liangxian

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant