CN114058917A - 应用于汽车发动机缸体的铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于汽车发动机缸体的铝合金及其制备方法，其中，用于汽车发动机缸体的铝合金按重量百分比包括以下成分：Si0.2‑0.4％、Mn0.4‑0.5％、Cu2‑4％、Zn0.1‑0.3％、Fe0.1‑0.2％、Zr0.2‑0.25％、Ca0.05‑0.07％、Sr0.2‑0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。本发明公开了用于汽车发动机缸体的铝合金及其制备方法，Ca元素与Sr元素形成协同变质作用，Sr元素减少了Ca的烧损，有益于Ca元素自身变质作用的发挥，Ca元素弥补了Sr元素对初生硅相的粗化作用，共晶硅由粗大的长片状转变为以共晶团形式存在的纤维状，同时a‑Al相被细化；一定程度上消除了Ca元素的有害作用，使其在铝合金中起到积极作用，进而增强铝合金的力学性能。

Description

应用于汽车发动机缸体的铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及应用于汽车发动机缸体的铝合金及其制备方法。
背景技术
汽车轻量化不仅是实现节能减排的较为经济的有效手段，而且有利于提高安全性能和驾驶性能。作为良好的轻量化材料，铝合金板材在汽车上的应用逐渐增多。
在铝合金板材铸造的过程中，Ca元素难以避免，且其含量会在铝回收过程中不断累积。因Ca具有抑制P变质、降低合金补缩性、破坏氧化膜增加吸气等不利影响，故通常被认为是杂质元素。为消除Ca的危害，一般采用溶剂法或气体法降低其含量，这将导致原铝流失和氯气污染。基于此，如何设计一种使Ca元素有益化的用于汽车发动机缸体的铝合金及其制备方法是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种使Ca元素有益化的用于汽车发动机缸体的铝合金及其制备方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
应用于汽车发动机缸体的铝合金，按重量百分比包括以下成分：Si0.2-0.4％、Mn0.4-0.5％、Cu2-4％、Zn0.1-0.3％、Fe0.1-0.2％、Zr0.2-0.25％、Ca0.05-0.07％、Sr0.2-0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。
作为上述技术方案的改进，所述的应用于汽车发动机缸体的铝合金，按重量百分比包括以下成分：Si0.2％、Mn0.4％、Cu2％、Zn0.1％、Fe0.1％、Zr0.2％、Ca0.05％、Sr0.2％，余量为Al和不可避免的杂质。
作为上述技术方案的改进，所述的应用于汽车发动机缸体的铝合金，按重量百分比包括以下成分：Si0.3％、Mn0.45％、Cu3％、Zn0.2％、Fe0.15％、Zr0.23％、Ca0.06％、Sr0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。
作为上述技术方案的改进，所述的应用于汽车发动机缸体的铝合金，按重量百分比包括以下成分：Si0.4％、Mn0.5％、Cu4％、Zn0.3％、Fe0.2％、Zr0.25％、Ca0.07％、Sr0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。
应用于汽车发动机缸体的铝合金得制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ根据铝合金材料中各元素配比准备配料；
Ⅱ在比由铝合金材料的组成确定的液相线温度高20℃以上的温度下，将准备的配料熔融以获得金属熔体；
Ⅲ对上述金属熔体进行炉内精炼，往金属熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，金属熔体精炼在封闭环境中操作；
Ⅳ精炼后打渣、静置，倾倒出炉，在线除气、除渣处理；
Ⅴ浇注成铸锭；
Ⅵ浇注成铸锭后直接投入固熔炉中，在510-430℃下保温60-80min，然后进行水淬，水淬后投入时效炉中，在160-180℃下时效处理10-12h，时效处理时对铸锭施加脉冲电流，施加脉冲电流密度为70-90A/cm2；
Ⅶ均质化处理。
本发明的优点在于：Ca元素的作用为，Ca可以吸附在初生硅生长表面，阻止熔体中Si原子向初生硅的生长表面扩展，抑制了初生硅相长大，间接细化了初生硅相；同时，Ca既影响共晶硅的形核，又影响其生长，一方面Ca通过增大共晶硅形核过冷度，减小临界形核功，从而增加共晶硅的形核率；另一方面，Ca的存在改变了共晶硅原有生长方式，诱发大量孪晶使其结构转变为细小的纤维状或珊瑚状，形成对共晶硅的变质作用；再者，富集在固液界面前沿的Ca元素引起成分过冷，增大了a-Al相分支倾向，减小了a-Al相二次枝晶臂间距，进而起到细化a-Al相的作用；Sr元素的作用为，一方面减少Ca的烧损，有益于Ca元素自身变质作用的发挥，另一方面，Sr也增强了对共晶硅相的变质效果；Ca元素与Sr元素形成协同变质作用，Sr元素减少了Ca的烧损，有益于Ca元素自身变质作用的发挥，Ca元素弥补了Sr元素对初生硅相的粗化作用，共晶硅由粗大的长片状转变为以共晶团形式存在的纤维状，同时a-Al相被细化；一定程度上消除了Ca元素的有害作用，使其在铝合金中起到积极作用，进而增强铝合金的力学性能；
进一步，在时效处理时施加脉冲电流，可以提高时效热处理效率，缩短生产时间，同时，通入脉冲电流可使晶内时效强化相更密更均匀，改善铝合金晶内析出相微观组织，提高铝合金力学性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应用于汽车发动机缸体的铝合金，按重量百分比包括以下成分：Si0.2-0.4％、Mn0.4-0.5％、Cu2-4％、Zn0.1-0.3％、Fe0.1-0.2％、Zr0.2-0.25％、Ca0.05-0.07％、Sr0.2-0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。
Ca元素的作用为，Ca可以吸附在初生硅生长表面，阻止熔体中Si原子向初生硅的生长表面扩展，抑制了初生硅相长大，间接细化了初生硅相；同时，Ca既影响共晶硅的形核，又影响其生长，一方面Ca通过增大共晶硅形核过冷度，减小临界形核功，从而增加共晶硅的形核率；另一方面，Ca的存在改变了共晶硅原有生长方式，诱发大量孪晶使其结构转变为细小的纤维状或珊瑚状，形成对共晶硅的变质作用；再者，富集在固液界面前沿的Ca元素引起成分过冷，增大了a-Al相分支倾向，减小了a-Al相二次枝晶臂间距，进而起到细化a-Al相的作用；Sr元素的作用为，一方面减少Ca的烧损，有益于Ca元素自身变质作用的发挥，另一方面，Sr也增强了对共晶硅相的变质效果；Ca元素与Sr元素形成协同变质作用，Sr元素减少了Ca的烧损，有益于Ca元素自身变质作用的发挥，Ca元素弥补了Sr元素对初生硅相的粗化作用，共晶硅由粗大的长片状转变为以共晶团形式存在的纤维状，同时a-Al相被细化；一定程度上消除了Ca元素的有害作用，使其在铝合金中起到积极作用，进而增强铝合金的力学性能；
应用于汽车发动机缸体的铝合金得制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ根据铝合金材料中各元素配比准备配料；
Ⅱ在比由铝合金材料的组成确定的液相线温度高20℃以上的温度下，将准备的配料熔融以获得金属熔体；
Ⅲ对上述金属熔体进行炉内精炼，往金属熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，金属熔体精炼在封闭环境中操作；
Ⅳ精炼后打渣、静置，倾倒出炉，在线除气、除渣处理；
Ⅴ浇注成铸锭；
Ⅵ浇注成铸锭后直接投入固熔炉中，在510-430℃下保温60-80min，然后进行水淬，水淬后投入时效炉中，在160-180℃下时效处理10-12h，时效处理时对铸锭施加脉冲电流，施加脉冲电流密度为70-90A/cm2；
Ⅶ均质化处理。
应用于汽车发动机缸体的铝合金在生产过程中，在时效处理时施加脉冲电流，可以提高时效热处理效率，缩短生产时间，同时，通入脉冲电流可使晶内时效强化相更密更均匀，改善铝合金晶内析出相微观组织，提高铝合金力学性能。
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％
实施例1 401 249 13.6
实施例2 388 237 12.5
实施例3 397 263 12.8
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.应用于汽车发动机缸体的铝合金，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Si0.2-0.4％、Mn0.4-0.5％、Cu2-4％、Zn0.1-0.3％、Fe0.1-0.2％、Zr0.2-0.25％、Ca0.05-0.07％、Sr0.2-0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的应用于汽车发动机缸体的铝合金，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Si0.2％、Mn0.4％、Cu2％、Zn0.1％、Fe0.1％、Zr0.2％、Ca0.05％、Sr0.2％，余量为Al和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的应用于汽车发动机缸体的铝合金，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Si0.3％、Mn0.45％、Cu3％、Zn0.2％、Fe0.15％、Zr0.23％、Ca0.06％、Sr0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的应用于汽车发动机缸体的铝合金，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Si0.4％、Mn0.5％、Cu4％、Zn0.3％、Fe0.2％、Zr0.25％、Ca0.07％、Sr0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的应用于汽车发动机缸体的铝合金得制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ根据铝合金材料中各元素配比准备配料；
Ⅱ在比由铝合金材料的组成确定的液相线温度高20℃以上的温度下，将准备的配料熔融以获得金属熔体；
Ⅲ对上述金属熔体进行炉内精炼，往金属熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，金属熔体精炼在封闭环境中操作；
Ⅳ精炼后打渣、静置，倾倒出炉，在线除气、除渣处理；
Ⅴ浇注成铸锭；
Ⅵ浇注成铸锭后直接投入固熔炉中，在510-430℃下保温60-80min，然后进行水淬，水淬后投入时效炉中，在160-180℃下时效处理10-12h，时效处理时对铸锭施加脉冲电流，施加脉冲电流密度为70-90A/cm2；
Ⅶ均质化处理。
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