CN114318082A - 一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，解决了现有技术中用于制作气缸材料的6005合金淬火敏感性较大，挤压性能欠佳，难以符合市场的现有需求的的技术问题。它包括的铝合金气缸缸体材料由质量百分比计的以下成分组成：0.68%‑0.75%Si、0.25%‑0.3%Fe、0.03%‑0.07%Cu、0.54%‑0.58%Mg、0.1%≥Ti和余量的Al；所述Si/Mg的质量比为1.2‑1.4，所述各成分质量百分数之和为100%。本发明的合金成分中良好的控制了Si/Mg的比例，使其质量比为1.2‑1.4能够保证制出的铝合金的力学性能，同时赋予其极佳的可挤压性，采用的时效温度为170‑175℃，保温8h，能够确保制备出的铝合金能够具有极佳的力学性能和抗腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种气缸缸体材料的制备方法，具体涉及一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着节能、环保与安全逐渐成为汽车技术发展的主题，汽车发动机技术也朝着小型化、高功率密度、低排放、低油耗的方面发展。而发动机技术的发展，特别是增压小型化高功率密度技术的发展对发动机的设计、材料和工艺都提出了严峻挑战，而作为发动机骨架的气缸体更是首当其冲。
先进的发动机气缸体所面临的主要挑战如下：(1)随着发动机强化程度越来越高，气缸体所承受的机械负荷应力越来越高；(2)随着发动机功率密度的提高以及尺寸越来越紧凑，气缸体承受的热负荷也越来越高，特别是连体缸套缸体相邻两缸之间的热负荷越来越高；(3)由于发动机设计越来越紧凑，对气缸体毛坯尺寸精度的要求越来越高，特别是镶缸套的铝合金气缸缸体；(4)由于机械负荷和热负荷的提高，对气缸体关键部位(如两缸之间、主轴承座)的铸造质量要求越来越高；(5)由于节能的需要，气缸体的质量应不断减轻；(6)由于爆发压力高、热负荷大，控制缸筒磨损和变形也越来越困难；(7)低成本要求。
气缸缸体轻量化是实现汽车轻量化的重要组成部分。近年来，铝合金气缸缸体的需求量越来越大，气缸在工作中承受一定压力和柱塞高速往复运动的摩擦，因此要求气缸型材内孔具有较高的圆度、光滑度、良好的耐磨性和力学性能等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，以解决现有技术中用于制作气缸材料的6005合金淬火敏感性较大，挤压性能欠佳，难以符合市场的现有需求的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，所述铝合金气缸缸体材料包括质量百分比计的以下成分：
0.68％-0.75％Si、0.25％-0.3％Fe、0.03％-0.07％Cu、0.54％-0.58％Mg、0.1％≥Ti和余量的Al；
所述Si/Mg的质量比为1.2-1.4；
所述各成分质量百分数之和为100％。
可选或优选地，所述Si/Mg的质量比为1.3。
可选或优选地，包括以下制备步骤：
S1熔铸，在720-760℃进行熔炼，并按照配比控制铝合金各成分，在720-730℃进行圆铸锭的铸造，所述圆铸锭直径为φ360mm；
S2热挤压，将φ360mm*1000mm的铸锭，加热至其温度为490-510℃，挤压比＝8.7，挤压筒温度为430-450℃，模具温度为460-480℃，制品流出速度为3.0-3.5m/min；
S3淬火，将步骤S2制出固溶温度为540-550℃的产品送入在线淬火系统进行淬火。
可选或优选地，所述步骤S1后还包括圆铸锭的均质处理，采用均质炉，将圆铸锭升温至240-260℃，保温2-3h；再将圆铸锭升温至390-410℃，保温4-5h，风冷20-30min至室温。
可选或优选地，所述步骤S3后还包括时效处理，所述时效处理为将步骤S3制备出的铝合金，加热至170～175℃，进行8-10h保温。
可选或优选地，所述步骤S3中的淬火采用强风结合雾冷淬火或水冷淬火中的任意一种。
可选或优选地，所述水冷淬火的水温控制在30℃以下，铝合金制品的出水温度控制在35℃以下。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
(1)本发明提供的高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，合金成分中良好的控制了Si/Mg的比例，使其质量比为1.2-1.4能够保证制出的铝合金的力学性能，同时赋予其极佳的可挤压性。
(2)本发明提供的高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，当铸锭温度低，挤压速度低时，制备出的铝合金力学性能不合格，当铸锭温度低，挤压速度高时，又可能导致淬火冷却的速度跟不上，甚至导致表面质量达不到市场要求，因此选用合理的挤压速度也很关键。另一方面，挤压速度将直接影响到淬火转移时间，如果挤压速度过慢，必然会延长淬火转移时间，对制品的力学性能和抗腐蚀性能都会带来损害。在保证质量的前提下我们尽量采用更高的挤压速度，本申请采用的挤压铸锭温度为460-510℃，并选择适应其使用的挤压速度，铸锭温度低时适当增加挤压速度，以保证达到固溶温度，从经济的角度考虑，快的挤压速度意味着更高的生产效率，更低的生产成本。
(3)本发明提供的高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，采用的时效温度为170-175℃，保温8h，当时效温度高于180℃时，粗大、分散的质点沿晶界析出，强度呈现出下降趋势；当时效温度低于160℃时，析出质点稀少细小，时效不充分，强度达不到最佳值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
1.1铝合金材料比例
本发明提供了一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，所述铝合金气缸缸体材料包括质量百分比计的以下成分，具体见表1：
表1
| Si | 0.68％ |
| Fe | 0.25％ |
| Cu | 0.03％ |
| Mg | 0.56％ |
| Ti | 0.1％ |
余量的Al；
所述Si/Mg的质量比为1.2；
所述各成分质量百分数之和为100％。
1.2铝合金制备步骤
一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，包括以下制备步骤：
S1熔铸，在720℃进行熔炼，并按照配比控制铝合金各成分，在720℃进行圆铸锭的铸造，所述圆铸锭直径为φ360mm；
S2圆铸锭的均质处理，采用均质炉，将圆铸锭升温至240℃，保温2h；再将圆铸锭升温至390℃，保温4h，风冷20min至室温。
S3热挤压，将φ360mm*1000mm的铸锭，加热至其温度为490℃，挤压比＝8.7，挤压筒温度为430℃，模具温度为460℃，制品流出速度为3.0-m/min；
S4淬火，将步骤S3制出固溶温度为540℃的产品送入在线淬火系统进行强风结合雾冷淬火或水冷淬火中，所述水冷淬火的水温控制在30℃以下，铝合金制品的出水温度控制在35℃以下；
S5时效处理，所述时效处理为将步骤S3制备出的铝合金，加热至170℃，进行8h保温。
实施例2
2.1铝合金材料比例
本发明提供了一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，所述铝合金气缸缸体材料包括质量百分比计的以下成分，具体见表2：
表2
| Si | 0.75％ |
| Fe | 0.3％ |
| Cu | 0.07％ |
| Mg | 0.54％ |
| Ti | 0.1％ |
余量的Al；
所述Si/Mg的质量比为1.4；
所述各成分质量百分数之和为100％。
2.2铝合金制备步骤
一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，包括以下制备步骤：
S1熔铸，在760℃进行熔炼，并按照配比控制铝合金各成分，在730℃进行圆铸锭的铸造，所述圆铸锭直径为φ360mm；
S2圆铸锭的均质处理，采用均质炉，将圆铸锭升温至260℃，保温3h；再将圆铸锭升温至410℃，保温5h，风冷30min至室温。
S3热挤压，将φ360mm*1000mm的铸锭，加热至其温度为510℃，挤压比＝8.7，挤压筒温度为450℃，模具温度为480℃，制品流出速度为3.5m/min；
S4淬火，将步骤S3制出固溶温度为550℃的产品送入在线淬火系统进行强风结合雾冷淬火或水冷淬火中，所述水冷淬火的水温控制在30℃以下，铝合金制品的出水温度控制在35℃以下；
S5时效处理，所述时效处理为将步骤S3制备出的铝合金，加热至175℃，进行10h保温。
实施例3
3.1铝合金材料比例
本发明提供了一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，所述铝合金气缸缸体材料包括质量百分比计的以下成分，具体见表3：
表3
| Si | 0.75％ |
| Fe | 0.28％ |
| Cu | 0.05％ |
| Mg | 0.58％ |
| Ti | 0.05％ |
余量的Al；
所述Si/Mg的质量比为1.3；
所述各成分质量百分数之和为100％。
3.2铝合金制备步骤
一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，包括以下制备步骤：
S1熔铸，在740℃进行熔炼，并按照配比控制铝合金各成分，在725℃进行圆铸锭的铸造，所述圆铸锭直径为φ360mm；
S2圆铸锭的均质处理，采用均质炉，将圆铸锭升温至250℃，保温2.5h；再将圆铸锭升温至400℃，保温4.5h，风冷25min至室温。
S3热挤压，将φ360mm*1000mm的铸锭，加热至其温度为500℃，挤压比＝8.7，挤压筒温度为440℃，模具温度为470℃，制品流出速度为3.2m/min；
S4淬火，将步骤S3制出固溶温度为545℃的产品送入在线淬火系统进行强风结合雾冷淬火或水冷淬火中，所述水冷淬火的水温控制在30℃以下，铝合金制品的出水温度控制在35℃以下；
S5时效处理，所述时效处理为将步骤S3制备出的铝合金，加热至173℃，进行9h保温。
性能检测
分别对实施例1-3中的产品进行抗拉强度、屈服强度与伸长率性能的检测，具体数据如表4所示：
表4
| 实施例 | 抗拉强度 | 屈服强度 | 伸长率 |
| 1 | 264 | 226 | 13.5 |
| 2 | 257 | 229 | 13.1 |
| 3 | 289 | 248 | 14.3 |
(1)本发明提供的高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，合金成分中良好的控制了Si/Mg的比例，使其质量比为1.2-1.4能够保证制出的铝合金的力学性能，同时赋予其极佳的可挤压性。
(2)本发明提供的高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，当铸锭温度低，挤压速度低时，制备出的铝合金力学性能不合格，当铸锭温度低，挤压速度高时，又可能导致淬火冷却的速度跟不上，甚至导致表面质量达不到市场要求，因此选用合理的挤压速度也很关键。另一方面，挤压速度将直接影响到淬火转移时间，如果挤压速度过慢，必然会延长淬火转移时间，对制品的力学性能和抗腐蚀性能都会带来损害。在保证质量的前提下我们尽量采用更高的挤压速度，本申请采用的挤压铸锭温度为460-510℃，并选择适应其使用的挤压速度，铸锭温度低时适当增加挤压速度，以保证达到固溶温度，从经济的角度考虑，快的挤压速度意味着更高的生产效率，更低的生产成本。
(3)本发明提供的高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，采用的时效温度为170-175℃，保温8h，当时效温度高于180℃时，粗大、分散的质点沿晶界析出，强度呈现出下降趋势；当时效温度低于160℃时，析出质点稀少细小，时效不充分，强度达不到最佳值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金气缸缸体材料包括质量百分比计的以下成分：0.68%-0.75% Si、0.25%-0.3% Fe、0.03%-0.07% Cu、0.54%-0.58% Mg、0.1% ≥Ti和余量的Al；
所述Si/Mg的质量比为1.2-1.4，所述各成分质量百分数之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，其特征在于：所述Si/Mg的质量比为1.3。
3.根据权利要求1所述的一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1熔铸，在720-760℃进行熔炼，并按照配比控制铝合金各成分，在720-730℃进行圆铸锭的铸造，所述圆铸锭直径为φ360mm；
S2热挤压，将φ360mm*1000mm的铸锭，加热至其温度为490-510℃，挤压比=8.7，挤压筒温度为430-450℃，模具温度为460-480℃，制品流出速度为3.0-3.5m/min；
S3淬火，将步骤S2制出固溶温度为540-550℃的产品送入在线淬火系统进行淬火。
4.根据权利要求3所述的一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1后还包括圆铸锭的均质处理，采用均质炉，将圆铸锭升温至240-260℃，保温2-3h；再将圆铸锭升温至390-410℃，保温4-5h，风冷20-30min至室温。
5.根据权利要求3所述的一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3后还包括时效处理，所述时效处理为将步骤S3制备出的铝合金，加热至170~175℃，进行8-10h保温。
6.根据权利要求3所述的一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的淬火采用强风结合雾冷淬火或水冷淬火中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种高性能铝合金气缸缸体材料的制备方法，其特征在于：所述水冷淬火的水温控制在30℃以下，铝合金制品的出水温度控制在35℃以下。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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