CN110804708A - 一种高强度压铸铝合金、发动机壳体及其制造方法 - Google Patents

一种高强度压铸铝合金、发动机壳体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度压铸铝合金、发动机壳体及其制造方法，涉及压铸铝合金技术领域，其技术方案要点包括如下质量百分比的组分：Si：10‑11%；Cu：1.8‑2%；Fe：0.8‑0.9%；Zn：0.3‑0.5%；Mn：0.1‑0.2%；Mg：0.2‑0.3%；Ni：0.04‑0.06%；Ti：0.02‑0.06%；Pb：0.03‑0.05%；Sn：0.012‑0.02%；Ca：0.12‑0.16%；YbCl3：2‑8%；余量为Al。本发明具有通过对各组分采用适应比例，获得强度高且达到轻量化的目的的铝合金材料，且该铝合金适于车辆部件铸造使用，助于车身自重的降低，提升车辆的燃油经济性；通过该铝合金在相应的制备方法下制造具有轻量化以及高强度特性的发动机壳体；且通过薄铝层在空气中氧化后于发动机壳体的外表面形成一层致密的氧化层，使得该发动机壳体具有高强度的特性；使得发动机壳体具有良好的结构强度的效果。

Description

一种高强度压铸铝合金、发动机壳体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种压铸铝合金的技术领域，更具体地说它涉及一种高强度压铸铝合金、发动机壳体及其制造方法。
背景技术
发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器。为了有效地减轻整车重量，目前正在逐渐采用铝合金取代灰铸铁进行发动机壳体的铸造。
公开号为CN110195176A的中国专利公开了一种高强韧压铸铝合金及其制备方法，其特征是各成分的质量百分比组成：Si9-11.5%，Cu2-4%，Ni0.2-0.5%，Mg0.2-0.5%，Ti0.1-0.5%, Fe0.5-1.3%, Mn<0.5%，Sr0.02-0.3%，SiC2-5%，Sm0.03-0.2%，其余为铝。
但是通过该压铸铝合金及其制备方法锻造出的发动机壳体的由于其在压铸过程中导致各成分的结合性差，进而导致晶粒粗化现象的产生,即共晶组织向粗大连续的蜂窝状结构转变,进而将影响到发动机壳体的结构强度，有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高强度压铸铝合金，该高强度压铸铝合金具有有效提升铝合金压铸铸件结构强度的效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度压铸铝合金，包括如下质量百分比的组分：Si：10-11%；Cu：1.8-2%；Fe：0.8-0.9%；Zn：0.3-0.5%；Mn：0.1-0.2%；Mg：0.2-0.3%；Ni：0.04-0.06%；Ti：0.02-0.06%；Pb：0.03-0.05%；Sn：0.012-0.02%；Ca：0.12-0.16%；YbCl3：2-8%；余量为Al。
本发明还提供一种发动机壳体，由如权利要求1所述的铝合金制成，所述发动机壳体的外侧镀有薄铝层。
本发明还提供一种发动机壳体的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、将按质量百分比为10-11%的Si、1.8-2%的Cu、0.8-0.9%的Fe、0.3-0.5%的Zn、0.1-0.2%的Mn、0.2-0.3%的Mg、0.04-0.06%的Ni、0.02-0.06%的Ti、0.03-0.05%的Pb、0.012-0.02%的Sn、0.12-0.16%的Ca、2-8%的YbCl3以及用作余量的Al加入混料机内混合均匀，获得原料混合物；
步骤2、将原料混合物加入初石墨坩埚钳内，控制温度为720-740℃，在氮气保护下，溶解原料混合物并形成铝合金融液；
步骤3、将铸造机内铸型预热至220℃，向铸造机的铸型内导入铝合金融液进行铸造，冷却后获得铸件胚料；
步骤4、将铸件胚料加热至600℃，在淬火液下淬火完毕，常温冷却后在220℃下保温2h回火；
步骤5、将回火后的铸件胚料自然冷却，再依次进行去毛刺、抛丸、侧漏以及炭化清洗，在干燥处理后获得成品发动机壳体；
步骤6、在成品发动机壳体外镀铝层，所述铝层的厚度小于1丝。
本发明进一步设置为：在步骤5中，所述抛丸工序采用吊挂式抛丸机，并对铸件胚料进行挂抛处理，抛丸采用0.2mm不锈钢丸。
本发明进一步设置为：在步骤5中，所述炭化清洗包括依次进行的真空清洗、脱气清洗以及蒸汽清洗。
本发明进一步设置为：在步骤5中，所述炭化清洗的设定温度为180-220℃。
本发明进一步设置为：在步骤4中，所述淬火液包括如下重量份的组分：80份水、12份聚氧乙烯乙二醇、3份乙二醇、3份苯甲酸钠以及2份聚醚。
本发明进一步设置为：所述聚醚为按重量份比为1:1的环氧丙烷和四氢呋喃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、获得的铝合金具有强度高且达到轻量化的目的，适于车辆部件铸造使用，助于车身自重的降低，提升车辆的燃油经济性；
2、通过该铝合金制造的发动机壳体具有轻量化以及高强度的特性；且通过薄铝层在空气中氧化后于发动机壳体的外表面形成一层致密的氧化层，使得该发动机壳体具有高强度的特性；
3、通过对各组分采用适应比例，并在相应的制备方法下，获得具有良好的结构强度以及耐腐蚀性的发动机壳体。
具体实施方式
实施例一
一种高强度压铸铝合金，包括如下质量百分比的组分：Si：10%；Cu：1.8%；Fe：0.8%；Zn：0.3%；Mn：0.1%；Mg：0.2%；Ni：0.04%；Ti：0.02%；Pb：0.03%；Sn：0.012%；Ca：0.12%；YbCl3：2%；余量为Al。
一种发动机壳体，由所述的高强度压铸铝合金制成。并在发动机壳体的外侧镀有薄铝层。
一种发动机壳体的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、将按质量百分比为10%的Si、1.8%的Cu、0.8%的Fe、0.3%的Zn、0.1%的Mn、0.2%的Mg、0.04%的Ni、0.02%的Ti、0.03%的Pb、0.012%的Sn、0.12%的Ca、2%的YbCl3以及用作余量的Al加入混料机内混合均匀，获得原料混合物；
步骤2、将原料混合物加入初石墨坩埚钳内，控制温度为720℃，在氮气保护下，溶解原料混合物并形成铝合金融液；
步骤3、将铸造机内铸型预热至220℃，向铸造机的铸型内导入铝合金融液进行铸造，冷却后获得铸件胚料；
步骤4、将铸件胚料加热至600℃，在淬火液下淬火完毕，常温冷却后在220℃下保温2h回火，该淬火液由如下以重量份计的80份水、12份聚氧乙烯乙二醇、3份乙二醇、3份苯甲酸钠、1份环氧丙烷以及1份四氢呋喃组成；
步骤5、将回火后的铸件胚料自然冷却，再依次进行去毛刺、抛丸、侧漏以及炭化清洗，炭化清洗包括在设定温度为180℃下，依次进行的真空清洗、脱气清洗以及蒸汽清洗，再在干燥处理后获得成品发动机壳体；
步骤6、在成品发动机壳体外镀铝层，所述铝层的厚度小于1丝。
需要提及的是，在步骤5中，抛丸工序采用吊挂式抛丸机，并对铸件胚料进行挂抛处理，且抛丸采用0.2mm不锈钢丸。
该压铸铝合金制成的发动机壳体的屈服强度为472MPa，延伸率为15%。
实施例二
一种高强度压铸铝合金，包括如下质量百分比的组分：Si：10.5%；Cu：1.9%；Fe：0.85%；Zn：0.4%；Mn：0.15%；Mg：0.25%；Ni：0.05%；Ti：0.04%；Pb：0.04%；Sn：0.016%；Ca：0.14%；YbCl3：5%；余量为Al。
一种发动机壳体，由所述的高强度压铸铝合金制成。并在发动机壳体的外侧镀有薄铝层。
一种发动机壳体的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、将按质量百分比为10.5%的Si、1.9%的Cu、0.85%的Fe、0.4%的Zn、0.15%的Mn、0.25%的Mg、0.05%的Ni、0.04%的Ti、0.04%的Pb、0.016%的Sn、0.14%的Ca、5%的YbCl3以及用作余量的Al加入混料机内混合均匀，获得原料混合物；
步骤2、将原料混合物加入初石墨坩埚钳内，控制温度为730℃，在氮气保护下，溶解原料混合物并形成铝合金融液；
步骤3、将铸造机内铸型预热至220℃，向铸造机的铸型内导入铝合金融液进行铸造，冷却后获得铸件胚料；
步骤4、将铸件胚料加热至600℃，在淬火液下淬火完毕，常温冷却后在220℃下保温2h回火，该淬火液由如下以重量份计的80份水、12份聚氧乙烯乙二醇、3份乙二醇、3份苯甲酸钠、1份环氧丙烷以及1份四氢呋喃组成；
步骤5、将回火后的铸件胚料自然冷却，再依次进行去毛刺、抛丸、侧漏以及炭化清洗，炭化清洗包括在设定温度为180℃下，依次进行的真空清洗、脱气清洗以及蒸汽清洗，再在干燥处理后获得成品发动机壳体；
步骤6、在成品发动机壳体外镀铝层，所述铝层的厚度小于1丝。
需要提及的是，在步骤5中，抛丸工序采用吊挂式抛丸机，并对铸件胚料进行挂抛处理，且抛丸采用0.2mm不锈钢丸。
该压铸铝合金制成的发动机壳体的屈服强度为476MPa，延伸率为16。
实施例三
一种高强度压铸铝合金，包括如下质量百分比的组分：Si：11%；Cu：2%；Fe：0.9%；Zn：0.5%；Mn：0.2%；Mg：0.3%；Ni：0.06%；Ti：0.06%；Pb：0.05%；Sn：0.02%；Ca：0.16%；YbCl3：8%；余量为Al。
一种发动机壳体，由所述的高强度压铸铝合金制成。并在发动机壳体的外侧镀有薄铝层。
一种发动机壳体的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、将按质量百分比为11%的Si、2%的Cu、0.9%的Fe、0.5%的Zn、0.2%的Mn、0.3%的Mg、0.06%的Ni、0.06%的Ti、0.05%的Pb、0.02%的Sn、0.16%的Ca、8%的YbCl3以及用作余量的Al加入混料机内混合均匀，获得原料混合物；
步骤2、将原料混合物加入初石墨坩埚钳内，控制温度为740℃，在氮气保护下，溶解原料混合物并形成铝合金融液；
步骤3、将铸造机内铸型预热至220℃，向铸造机的铸型内导入铝合金融液进行铸造，冷却后获得铸件胚料；
步骤4、将铸件胚料加热至600℃，在淬火液下淬火完毕，常温冷却后在220℃下保温2h回火，该淬火液由如下以重量份计的80份水、12份聚氧乙烯乙二醇、3份乙二醇、3份苯甲酸钠、1份环氧丙烷以及1份四氢呋喃组成；
步骤5、将回火后的铸件胚料自然冷却，再依次进行去毛刺、抛丸、侧漏以及炭化清洗，炭化清洗包括在设定温度为180℃下，依次进行的真空清洗、脱气清洗以及蒸汽清洗，再在干燥处理后获得成品发动机壳体；
步骤6、在成品发动机壳体外镀铝层，所述铝层的厚度小于1丝。
需要提及的是，在步骤5中，抛丸工序采用吊挂式抛丸机，并对铸件胚料进行挂抛处理，且抛丸采用0.2mm不锈钢丸。
该压铸铝合金制成的发动机壳体的屈服强度为464MPa，延伸率为15%。
对比例一
对比例一与实施例二的区别在于，对比例一的压铸铝合金不含YbCl3。
该压铸铝合金制成的发动机壳体的屈服强度为388MPa，延伸率为11%。
对比例二
对比例二与实施例二的区别在于，对比例二的压铸铝合金不含Ca。
该压铸铝合金制成的发动机壳体的屈服强度为407MPa，延伸率为12%。
对比例三
对比例三与实施例二的区别在于，对比例三的发动机壳体的制造方法中采用水和矿物油的混合液作为淬火液。
该压铸铝合金制成的发动机壳体的屈服强度为346MPa，延伸率为8%。
对比例四
对比例四与实施例二的区别在于，对比例四的发动机壳体的制造方法中未对铸件胚料进行淬火与回火。
该压铸铝合金制成的发动机壳体的屈服强度为304MPa，延伸率为7%。
通过对比实施例1-3以及对比例1-4，可以发现，通过在铝合金内添加适宜量的Ca与YbCl3将显著提升铝合金的晶粒细化程度，改善铝合金的均匀性，从而达到提升铝合金机械性能的目的；与此同时，通过采用对铸件胚料进行淬火与回火，且使用由水、聚氧乙烯乙二醇、乙二醇、苯甲酸钠、环氧丙烷以及四氢呋喃按设定的质量分组成淬火液，从而达到进一步提升铝合金的晶粒细化程度的目的，改善铝合金的均匀性，以获得高强度的发动机壳体。
以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，但凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和润饰，这些修改和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高强度压铸铝合金，其特征在于, 包括如下质量百分比的组分：Si：10-11%；Cu：1.8-2%；Fe：0.8-0.9%；Zn：0.3-0.5%；Mn：0.1-0.2%；Mg：0.2-0.3%；Ni：0.04-0.06%；Ti：0.02-0.06%；Pb：0.03-0.05%；Sn：0.012-0.02%；Ca：0.12-0.16%；YbCl3：2-8%；余量为Al。
2.一种发动机壳体，其特征在于：由如权利要求1所述的铝合金制成，所述发动机壳体的外侧镀有薄铝层。
3.一种发动机壳体的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将按质量百分比为10-11%的Si、1.8-2%的Cu、0.8-0.9%的Fe、0.3-0.5%的Zn、0.1-0.2%的Mn、0.2-0.3%的Mg、0.04-0.06%的Ni、0.02-0.06%的Ti、0.03-0.05%的Pb、0.012-0.02%的Sn、0.12-0.16%的Ca、2-8%的YbCl3以及用作余量的Al加入混料机内混合均匀，获得原料混合物；
步骤2、将原料混合物加入初石墨坩埚钳内，控制温度为720-740℃，在氮气保护下，溶解原料混合物并形成铝合金融液；
步骤3、将铸造机内铸型预热至220℃，向铸造机的铸型内导入铝合金融液进行铸造，冷却后获得铸件胚料；
步骤4、将铸件胚料加热至600℃，在淬火液下淬火完毕，常温冷却后在220℃下保温2h回火；
步骤5、将回火后的铸件胚料自然冷却，再依次进行去毛刺、抛丸、侧漏以及炭化清洗，在干燥处理后获得成品发动机壳体；
步骤6、在成品发动机壳体外镀铝层，所述铝层的厚度小于1丝。
4.根据权利要求3所述的一种发动机壳体的制造方法，其特征在于：在步骤5中，所述抛丸工序采用吊挂式抛丸机，并对铸件胚料进行挂抛处理，抛丸采用0.2mm不锈钢丸。
5.根据权利要求3所述的一种发动机壳体的制造方法，其特征在于：在步骤5中，所述炭化清洗包括依次进行的真空清洗、脱气清洗以及蒸汽清洗。
6.根据权利要求3所述的一种发动机壳体的制造方法，其特征在于：在步骤5中，所述炭化清洗的设定温度为180-220℃。
7.根据权利要求3所述的一种发动机壳体的制造方法，其特征在于：在步骤4中，所述淬火液包括如下重量份的组分：80份水、12份聚氧乙烯乙二醇、3份乙二醇、3份苯甲酸钠以及2份聚醚。
8.根据权利要求7所述的一种发动机壳体的制造方法，其特征在于：所述聚醚为按重量份比为1:1的环氧丙烷和四氢呋喃。
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