CN110724861B - 高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法 - Google Patents

高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110724861B
CN110724861B CN201911031505.3A CN201911031505A CN110724861B CN 110724861 B CN110724861 B CN 110724861B CN 201911031505 A CN201911031505 A CN 201911031505A CN 110724861 B CN110724861 B CN 110724861B
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
aluminum alloy
equal
less
engine cylinder
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.)
Active
Application number
CN201911031505.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110724861A (zh
Inventor
陈元华
王丽凤
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.)
Guilin University of Aerospace Technology
Original Assignee
Guilin University of Aerospace Technology
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 Guilin University of Aerospace Technology filed Critical Guilin University of Aerospace Technology
Priority to CN201911031505.3A priority Critical patent/CN110724861B/zh
Publication of CN110724861A publication Critical patent/CN110724861A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110724861B publication Critical patent/CN110724861B/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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • 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
    • C22B9/006—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with use of an inert protective material including the use of an inert gas
    • 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
    • C22B9/04—Refining by applying a vacuum
    • 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
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
    • 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
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • 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
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • 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
    • C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/06—Casting

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法，其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Si:8.0‑9.5%、Ni:2.0‑3.5%、Cu:0.5‑2.0%、Mg:0.3‑1.0%、Zn:0.2‑0.5%、Zr:0.1‑0.3%、Sc:0.1‑0.25%、La:0.1‑0.2%、Sb:0.1‑0.2%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al；该车体轻量化用铝合金板材的制备方法是经熔炼、精炼、铸造、均匀化、切头铣面、热轧、中间退火、冷轧和固溶处理得到；本发明的高性能铝合金发动机缸盖通过合金强化、变质处理和热处理，提高铝合金发动机缸盖的耐高温性能和力学性能等综合性能。

Description

高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金加工技术领域，具体涉及一种高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法。
背景技术
汽车产业在世界各地蓬勃发展的同时，也带来环境污染和能源短缺两大严重的社会问题。这促使汽车产业将持续发展的核心放在能源和环保上，而以汽车轻量化为主导的先进汽车材料技术是实现这一目标的重要保证，因此轻量化成为未来汽车技术发展的主要方向。汽车材料是影响汽车重量的重要因素，对节能能源及改善污染都有相当程度的影响。在新能源技术发展尚未成熟，汽车减重无疑是降低能耗及污染的最佳途径。
目前国内外大部分轿车发动机缸盖已基本采用来铝合金生产，全铝合金的材质，减轻了车身重量同时，还增强了发动机的散热效果，提高了发动机工作效率，而且寿命也更长。从节油的角度看，铸铝发动机在节油方面的优势颇受人们关注。因为汽车的重量每降低，其耗油量能够降低0.6％-1％。为了降低燃料消耗，同时也为了减少汽车尾气排放对大气环境的污染，减轻汽车自重是一个重要的措施。因此，汽车铁铸件不断被轻质铝铸件取代已成为发展趋势。但是，由于铝合金在铸造过程中存在增铁、氧化和吸气三大问题，致使现有铝合金缸盖材料普遍存在高温时强度相对较低( 250℃以上瞬时抗拉强度小于200MPa ，持续强度小于100Mpa )、铸造性能差、铸件合格率低、废品料及渣料回用性差等缺陷，造成包括汽车发动机缸盖的铸件制品的质量差、易变质、成本高、渣料处理流程长等问题。而且，虽然传统牌号的铝硅合金在普通使用性能上已经能满足使用要求，但是当零件处于复杂的应力状态时，往往存在许多不足之处。如耐高温性能差、力学性能不足等。另外，随着发动机功率的不断提高使得缸盖的工作温度和工作压力显著增加，燃烧室压强上升至18-20MPa，进出气口鼻梁温度接近300℃。为了适应发动机缸盖恶劣工作条件的要求，这就要求发动机缸盖用铸造铝合金材料除具有良好的室温性能外，还应保证其高温性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，通过科学优化合金中各元素的含量、改善铸造、热处理工艺，提供一种具有较好的耐高温性能及力学性能的高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法。
本发明是这样实现的：
一种高性能铝合金发动机缸盖，其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Si:8.0-9.5%、Ni:2.0-3.5%、Cu:0.5-2.0%、Mg:0.3-1.0%、Zn:0.2-0.5%、Zr:0.1-0.3%、Sc:0.1-0.25%、La:0.1-0.2%、Sb:0.1-0.2%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al。
进一步优选，高性能铝合金发动机缸盖，其化学组分按质量百分比为：Si:9.0%、Ni:2.5%、Cu:1.5%、Mg:0.5%、Zn:0.3%、Zr:0.2%、Sc:0.2%、La:0.15%、Sb:0.15%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al。
本发明的高性能铝合金发动机缸盖的铸造方法，包括如下步骤：
（1）熔炼：按配方比先将铝锭和高纯硅投入熔炼炉内，然后依次加入其他合金成分进行合金化，熔炼炉温度为780-820℃，再加入精炼剂精炼，待所有中间合金完全熔化后，对铝合金熔体进行在线除气和除渣处理，得铝合金溶液；
（2）变质处理：加入变质剂进行变质处理，变质剂加入量为铝合金溶液总质量的0.2%-0.5%；
（3）精炼：变质处理后的铝合金溶液先采用真空磁动力装置进行真空净化处理，再采用旋转喷吹除气装置对铝合金溶液进行精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入到铝合金溶液中，通入氩气对铝合金溶液进行精炼；精炼完成后，将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中；
（4）低压铸造：将保温炉中的铝合金溶液转入低压铸造机的低压铸型腔模具中通过低压铸造机制得铝合金发动机缸盖, 浇注温度是690℃-730℃；
（5）热处理：将发动机缸盖铸件放入时效炉进行热处理，热处理采用多级人工时效，第一级时效温度为50-70℃，保温时间为10-15h，第二级时效温度为100-120℃，保温时间为15-20h；第三级时效温度为160-200℃，保温时间为5-10h，得到高性能铝合金发动机缸盖。
进一步优选，所述的在线除气是采用氩与氯混合气体除气，流量为0.2-0.5 m3/h，氩与氯流量比为1:0.4，分压为0.10-0.50MPa，转子转速为400-500rpm/min。
进一步优选，所述变质剂包含以重量计15-20份的Al、1-2份的La和1-3份的Sc，所述变质剂由Al-La-Sc合金的形式存在。
进一步优选，所述旋转喷吹除气装置的旋转速度为600r/min，气体流量为0.4 m3/h。
进一步优选，所述低压铸造过程中升液压力为0.0-0.06MPa，升液速率为45 -50mm/s，充型压力为0.02-0.04MPa，充型速率为 60 -90mm/s，保压压力为0.05-0.1MPa。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明通过对铝合金发动机缸盖通过对合金中的Si、Ni、Cu、Mg、Zn、Zr、Sb等成分进行科学调整，合理优化合金中各元素的含量及改善制备过程中熔炼、精炼、铸造、热处理等工艺，在亚共晶铝硅的基础上，提高硅的含量，使其达到共晶成分，通过合金强化、变质处理和热处理，提高铝合金发动机缸盖的耐高温性能和力学性能等综合性能。
2、本发明通过将提高Si元素含量至8.0-9.5%，调整Ni元素含量至2.0-3.5%，加入0.2-0.5%的Zr元素，在合金中会生成Al7Cu4Ni、Al(CuNi)2等强化相，提高了发动机缸盖的强度及高温稳定性；Zr与铝发生包晶反应，细化晶粒，并形成耐热稳定相，提高高温性能；添加微量的Sb元素，能够显著改善铝合金的金相组织，枝晶臂间距减小，二元、三元共晶变细，分布均匀，使铝合金耐磨性得到提高，提高铝合金发动机缸盖的硬度和增加强度。
3、本发明的采用Al-La-Sc变质剂具有更好的变质功能，使合金组织得到了明显的改善，阻止再结晶的粗大化，提高再结晶温度，有效地细化再结晶晶粒，提高合金的强度，并能溶解杂质Fe，减少Fe的有害作用。
4、本发明采用真空磁动力装置和旋转喷吹除气装置清除铝液中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，使得铝合金铸造件中的H含量控制在0.1ml/100gAl以下，除氢率达到85%以上，能够显著提高除气效率和除气质量，减少铝合金铸造件的裂纹、疏松、针状气孔、夹杂等铸造缺陷，具有精炼效果好、无污染、损耗小、精炼气体消耗少等优点。
5、本发明热处理过程采用三级时效处理，使得第二相充分弥散析出，最大化的发挥第二相强化效果，从而提高发动机缸盖的强度及力学性能。
具体实施方式
实施例1
高性能铝合金发动机缸盖的化学组分按质量百分比为：
Si:8.0%、Ni:2.0%、Cu:0.5%、Mg:0.3%、Zn:0.2%、Zr:0.1%、Sc:0.1%、La:0.1%、Sb:0.1%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al。
其铸造方法为：
（1）熔炼：按配方比先将铝锭和高纯硅投入熔炼炉内，然后依次加入其他合金成分进行合金化，熔炼炉温度为780-820℃，再加入精炼剂精炼，待所有中间合金完全熔化后，对铝合金熔体进行在线除气和除渣处理，得铝合金溶液；
所述的在线除气是采用氩与氯混合气体除气，流量为0.2m3/h，氩与氯流量比为1:0.4，分压为0.10MPa，转子转速为400rpm/min。
（2）变质处理：加入变质剂进行变质处理，变质剂加入量为铝合金溶液总质量的0.2%；
所述变质剂包含以重量计15份的Al、1份的La和1份的Sc，所述变质剂由Al-La-Sc合金的形式存在。
所述变质剂包含以重量计15份的Al、1份的La和1份的Sc，所述变质剂由Al-La-Sc合金的形式存在。
（3）精炼：变质处理后的铝合金溶液先采用真空磁动力装置进行真空净化处理，再采用旋转喷吹除气装置对铝合金溶液进行精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入到铝合金溶液中，通入氩气对铝合金溶液进行精炼；精炼完成后，将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中；
所述旋转喷吹除气装置的旋转速度为600r/min，气体流量为0.4 m3/h。
（4）低压铸造：将保温炉中的铝合金溶液转入低压铸造机的低压铸型腔模具中通过低压铸造机制得铝合金发动机缸盖, 浇注温度是690℃-730℃；
所述低压铸造过程中升液压力为0.03MPa，升液速率为45mm/s，充型压力为0.02MPa，充型速率为 60mm/s，保压压力为0.05MPa。
（5）热处理：将发动机缸盖铸件放入时效炉进行热处理，热处理采用多级人工时效，第一级时效温度为50-70℃，保温时间为10h，第二级时效温度为100-120℃，保温时间为15h；第三级时效温度为160-200℃，保温时间为5h，得到高性能铝合金发动机缸盖。
实施例2
高性能铝合金发动机缸盖的化学组分按质量百分比为：
Si:8.5%、Ni:3.0%、Cu:1.8%、Mg:0.8%、Zn:0.4%、Zr:0.25%、Sc:0.15%、La:0.18%、Sb:0.18%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al。
其铸造方法为：
（1）熔炼：按配方比先将铝锭和高纯硅投入熔炼炉内，然后依次加入其他合金成分进行合金化，熔炼炉温度为780-820℃，再加入精炼剂精炼，待所有中间合金完全熔化后，对铝合金熔体进行在线除气和除渣处理，得铝合金溶液；
所述的在线除气是采用氩与氯混合气体除气，流量为0.3 m3/h，氩与氯流量比为1:0.4，分压为0.2MPa，转子转速为450rpm/min。
（2）变质处理：加入变质剂进行变质处理，变质剂加入量为铝合金溶液总质量的0.3%；
所述变质剂包含以重量计16份的Al、1.5份的La和2份的Sc，所述变质剂由Al-La-Sc合金的形式存在。
（3）精炼：变质处理后的铝合金溶液先采用真空磁动力装置进行真空净化处理，再采用旋转喷吹除气装置对铝合金溶液进行精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入到铝合金溶液中，通入氩气对铝合金溶液进行精炼；精炼完成后，将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中；
所述旋转喷吹除气装置的旋转速度为600r/min，气体流量为0.4 m3/h。
（4）低压铸造：将保温炉中的铝合金溶液转入低压铸造机的低压铸型腔模具中通过低压铸造机制得铝合金发动机缸盖, 浇注温度是690℃-730℃；
所述低压铸造过程中升液压力为0.04MPa，升液速率为45mm/s，充型压力为0.03MPa，充型速率为 70mm/s，保压压力为0.06MPa。
（5）热处理：将发动机缸盖铸件放入时效炉进行热处理，热处理采用多级人工时效，第一级时效温度为50-70℃，保温时间为12h，第二级时效温度为100-120℃，保温时间为16h；第三级时效温度为160-200℃，保温时间为6h，得到高性能铝合金发动机缸盖。
实施例3
高性能铝合金发动机缸盖的化学组分按质量百分比为：
Si:9.5%、Ni:3.5%、Cu: 2.0%、Mg: 1.0%、Zn:0.5%、Zr: 0.3%、Sc: 0.25%、La:0.2%、Sb: 0.2%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al。
其铸造方法为：
（1）熔炼：按配方比先将铝锭和高纯硅投入熔炼炉内，然后依次加入其他合金成分进行合金化，熔炼炉温度为780-820℃，再加入精炼剂精炼，待所有中间合金完全熔化后，对铝合金熔体进行在线除气和除渣处理，得铝合金溶液；
所述的在线除气是采用氩与氯混合气体除气，流量为0.4m3/h，氩与氯流量比为1:0.4，分压为0.40MPa，转子转速为500rpm/min。
（2）变质处理：加入变质剂进行变质处理，变质剂加入量为铝合金溶液总质量的0.4%；
所述变质剂包含以重量计18份的Al、1.5份的La和2.5份的Sc，所述变质剂由Al-La-Sc合金的形式存在。
（3）精炼：变质处理后的铝合金溶液先采用真空磁动力装置进行真空净化处理，再采用旋转喷吹除气装置对铝合金溶液进行精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入到铝合金溶液中，通入氩气对铝合金溶液进行精炼；精炼完成后，将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中；
所述旋转喷吹除气装置的旋转速度为600r/min，气体流量为0.4 m3/h。
（4）低压铸造：将保温炉中的铝合金溶液转入低压铸造机的低压铸型腔模具中通过低压铸造机制得铝合金发动机缸盖, 浇注温度是690℃-730℃；
所述低压铸造过程中升液压力为0.05MPa，升液速率为48mm/s，充型压力为0.03MPa，充型速率为 80mm/s，保压压力为0.08MPa。
（5）热处理：将发动机缸盖铸件放入时效炉进行热处理，热处理采用多级人工时效，第一级时效温度为50-70℃，保温时间为14h，第二级时效温度为100-120℃，保温时间为18h；第三级时效温度为160-200℃，保温时间为8h，得到高性能铝合金发动机缸盖。
实施例4
高性能铝合金发动机缸盖的化学组分按质量百分比为：
Si:9.0%、Ni:2.5%、Cu:1.5%、Mg:0.5%、Zn:0.3%、Zr:0.2%、Sc:0.2%、La:0.15%、Sb:0.15%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al。
其铸造方法为：
（1）熔炼：按配方比先将铝锭和高纯硅投入熔炼炉内，然后依次加入其他合金成分进行合金化，熔炼炉温度为780-820℃，再加入精炼剂精炼，待所有中间合金完全熔化后，对铝合金熔体进行在线除气和除渣处理，得铝合金溶液；
所述的在线除气是采用氩与氯混合气体除气，流量为0.5 m3/h，氩与氯流量比为1:0.4，分压为0.50MPa，转子转速为500rpm/min。
（2）变质处理：加入变质剂进行变质处理，变质剂加入量为铝合金溶液总质量的0.5%；
所述变质剂包含以重量计20份的Al、2份的La和3份的Sc，所述变质剂由Al-La-Sc合金的形式存在。
（3）精炼：变质处理后的铝合金溶液先采用真空磁动力装置进行真空净化处理，再采用旋转喷吹除气装置对铝合金溶液进行精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入到铝合金溶液中，通入氩气对铝合金溶液进行精炼；精炼完成后，将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中；
所述旋转喷吹除气装置的旋转速度为600r/min，气体流量为0.4 m3/h。
（4）低压铸造：将保温炉中的铝合金溶液转入低压铸造机的低压铸型腔模具中通过低压铸造机制得铝合金发动机缸盖, 浇注温度是690℃-730℃；
所述低压铸造过程中升液压力为0.06MPa，升液速率为50mm/s，充型压力为0.04MPa，充型速率为 90mm/s，保压压力为0.1MPa。
（5）热处理：将发动机缸盖铸件放入时效炉进行热处理，热处理采用多级人工时效，第一级时效温度为50-70℃，保温时间为15h，第二级时效温度为100-120℃，保温时间为20h；第三级时效温度为160-200℃，保温时间为10h，得到高性能铝合金发动机缸盖。
根据GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》和GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验》测试室温性能和250℃高温性能。将本发明实施例1-4和对比例产品加工成直径为6mm 的标准拉伸试样，按照标准要求进行试验，在同样的条件下对试样进行测试，高温性能测试为20分钟，结果如下：
Figure 210674DEST_PATH_IMAGE001
从表中可看出，铸造条件的变化和成分波动使得合金性也存在一定的波动，从表中可看出，本发明的铝合金铸件的室温性能和高温性能均优于对比例。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高性能铝合金发动机缸盖，其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Si:8.0-9.5%、Ni:2.0-3.5%、Cu:0.5-2.0%、Mg:0.3-1.0%、Zn:0.2-0.5%、Zr:0.1-0.3%、Sc:0.1-0.25%、La:0.1-0.2%、Sb:0.1-0.2%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al；
所述的高性能铝合金发动机缸盖的铸造方法，包括如下步骤：
（1）熔炼：按配方比先将铝锭和高纯硅投入熔炼炉内，然后依次加入其他合金成分进行合金化，熔炼炉温度为780-820℃，再加入精炼剂精炼，待所有中间合金完全熔化后，对铝合金熔体进行在线除气和除渣处理，得铝合金溶液；
（2）变质处理：加入变质剂进行变质处理，变质剂加入量为铝合金溶液总质量的0.2%-0.5%；
（3）精炼：变质处理后的铝合金溶液先采用真空磁动力装置进行真空净化处理，再采用旋转喷吹除气装置对铝合金溶液进行精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入到铝合金溶液中，通入氩气对铝合金溶液进行精炼；精炼完成后，将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中；
（4）低压铸造：将保温炉中的铝合金溶液转入低压铸造机的低压铸型腔模具中通过低压铸造机制得铝合金发动机缸盖, 浇注温度是690℃-730℃；
（5）热处理：将发动机缸盖铸件放入时效炉进行热处理，热处理采用多级人工时效，第一级时效温度为50-70℃，保温时间为10-15h，第二级时效温度为100-120℃，保温时间为15-20h；第三级时效温度为160-200℃，保温时间为5-10h，得到高性能铝合金发动机缸盖；
所述的在线除气是采用氩与氯混合气体除气，流量为0.2-0.5 m3/h，氩与氯流量比为1:0.4，分压为0.10-0.50MPa，转子转速为400-500rpm/min；
所述变质剂包含以重量计15-20份的Al、1-2份的La和1-3份的Sc，所述变质剂由Al-La-Sc合金的形式存在；
所述低压铸造过程中升液压力为0.03-0.06MPa，升液速率为45 -50mm/s，充型压力为0.02-0.04MPa，充型速率为 60-90mm/s，保压压力为0.05-0.1MPa。
2.根据权利要求1所述的高性能铝合金发动机缸盖，其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Si:9.0%、Ni:2.5%、Cu:1.5%、Mg:0.5%、Zn:0.3%、Zr:0.2%、Sc:0.2%、La:0.15%、Sb:0.15%、Mn≤0.3%、Fe≤0.2%、Ti≤0.2%，其它杂质元素单个含量≤0.05%，其它杂质元素总含量≤0.15%，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的高性能铝合金发动机缸盖的铸造方法，其特征在于：所述旋转喷吹除气装置的旋转速度为600r/min，气体流量为0.4 m3/h。
CN201911031505.3A 2019-10-28 2019-10-28 高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法 Active CN110724861B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911031505.3A CN110724861B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911031505.3A CN110724861B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110724861A CN110724861A (zh) 2020-01-24
CN110724861B true CN110724861B (zh) 2021-06-04

Family

ID=69222266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911031505.3A Active CN110724861B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110724861B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111852646A (zh) * 2020-07-09 2020-10-30 唐秦 一种用于空气增压装置的壳体及其制造方法
CN112375949A (zh) * 2020-10-29 2021-02-19 天津忠旺铝业有限公司 一种车体用高强7系铝合金薄板的热处理工艺
CN112575231A (zh) * 2020-11-16 2021-03-30 中国兵器科学研究院宁波分院 一种a356高强铝合金的真空精炼变质处理方法
CN112921197A (zh) * 2021-01-27 2021-06-08 王修强 一种汽车零件压铸铝合金熔炼工艺
CN113584362A (zh) * 2021-07-29 2021-11-02 山东创新金属科技有限公司 一种汽车发动机用耐高温抗腐蚀的铝合金及其制备方法
CN114774741B (zh) * 2022-04-21 2023-11-24 中铝材料应用研究院有限公司 一种耐热高强铸造铝合金及其制造方法
CN117778827A (zh) * 2024-02-22 2024-03-29 鸿劲新材料研究(南通)有限公司 一种新型耐高温发动机缸盖铝合金及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2110451A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-21 United Technologies Corporation L12 aluminium alloys with bimodal and trimodal distribution
CN102814486A (zh) * 2011-06-07 2012-12-12 韦光东 一种沙滩车发动机汽缸盖制造方法
CN104561688A (zh) * 2015-01-26 2015-04-29 上海交通大学 一种耐热铸造铝合金及其重力铸造方法
CN108239714A (zh) * 2018-02-02 2018-07-03 广西南南铝加工有限公司 高速动车用Al-Zn-Mg铝合金空心型材的生产方法
CN108486426A (zh) * 2018-03-20 2018-09-04 山东交通职业学院 发动机缸盖及铸造方法
WO2018185259A1 (de) * 2017-04-05 2018-10-11 Amag Casting Gmbh Ausgangswerkstoff, dessen verwendung und additives fertigungsverfahren mit diesem ausgangswerkstoff

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2110451A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-21 United Technologies Corporation L12 aluminium alloys with bimodal and trimodal distribution
CN102814486A (zh) * 2011-06-07 2012-12-12 韦光东 一种沙滩车发动机汽缸盖制造方法
CN104561688A (zh) * 2015-01-26 2015-04-29 上海交通大学 一种耐热铸造铝合金及其重力铸造方法
WO2018185259A1 (de) * 2017-04-05 2018-10-11 Amag Casting Gmbh Ausgangswerkstoff, dessen verwendung und additives fertigungsverfahren mit diesem ausgangswerkstoff
CN108239714A (zh) * 2018-02-02 2018-07-03 广西南南铝加工有限公司 高速动车用Al-Zn-Mg铝合金空心型材的生产方法
CN108486426A (zh) * 2018-03-20 2018-09-04 山东交通职业学院 发动机缸盖及铸造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110724861A (zh) 2020-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110724861B (zh) 高性能铝合金发动机缸盖及其铸造方法
CN109881063B (zh) 一种高强韧高模量压铸镁合金及其制备方法
CN113061787A (zh) 一种高强高韧Al-Si-Cu-Mg-Cr-Mn-Ti系铸造合金及其制备方法
CN103526084B (zh) 一种硅油离合器
CN108977710B (zh) 一种挤压铸造镁合金材料及其制备方法
CN112210696B (zh) 一种高强高耐磨Al-Si合金及其制备方法和应用
CN114231799B (zh) 一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法
CN103361524B (zh) 用于过共晶铝硅合金的复合变质方法
CN101775529A (zh) 一种发动机机体用高强度铸造铝硅合金及其制备方法
CN110952001A (zh) 一种添加Mn、Zn的高强韧Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金及其热处理方法
CN114086027A (zh) 一种抗高温软化的Cu-Ni-Sn系高强高弹铜合金及其制备方法
CN113444929A (zh) 一种微合金化非热处理高强韧压铸铝合金及其制备工艺
CN109468476B (zh) 一种采用磁悬浮工艺提高铜合金综合性能的方法
CN111636017A (zh) 一种半固态成形铝合金以及制备方法
CN108977711B (zh) 一种压铸镁合金材料及其制备方法
CN103334035B (zh) 一种涡轮增压器压气机背盘及其制备方法
CN112962007B (zh) 一种高强度、耐热、耐磨活塞用铝合金及其生产方法
CN115537603A (zh) 一种耐高温镍基合金、其制造方法及应用
CN109852856B (zh) 一种高强韧高模量金属型重力铸造镁合金及其制备方法
CN117107119A (zh) 一种具有高导电和高强韧性的压铸铝合金及其制备方法
CN110144501B (zh) 一种长效变质的高硅铝合金及其变质工艺
CN104862623A (zh) 一种发动机缸盖用加工性好的铝合金材料及其制备方法
CN109609822B (zh) 一种半固态成型铝合金及其制备方法
CN1157485C (zh) 钢水脱氧·合金添加复合用铝硅锰合金及其制备方法
CN108048704B (zh) 一种含镧和镱的耐腐蚀铝合金材料的制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant