CN1651586A

CN1651586A - 一种耐磨、耐热高硅铝合金及其成型工艺

Info

Publication number: CN1651586A
Application number: CN 200510045983
Authority: CN
Inventors: 袁晓光; 赵树国; 黄宏军
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: CN1317410C

Abstract

本发明提供了一种多元系耐磨、耐热高硅铝合金及其成型工艺。合金成分按重量百分数计算为：硅：15～20；铁：2.0～5.0；锰：1.0～3.0；铜：1.0～4.0；镁：0.5～1.5；镍：1.0～3.0；铝余量。成分设计的目的是利用合金化消减粗大硅相的有害作用，成型工艺是将合金熔炼后采用半固态挤压成型。利用半固态成型过程对硅相的破碎作用进一步细化硅相和其他金属间化合物相，使合金具有良好的耐磨、耐热性能。使用本发明所公开的耐磨、耐热高硅铝合金及其成型工艺，批量生产供汽车发动机和压缩机用的铝合金耐磨、耐热零部件，可望取得很好的社会效益和经济效益。

Description

一种耐磨、耐热高硅铝合金及其成型工艺

技术领域

本发明属于变质铝基合金的技术领域，特别涉及到通过热加工改变铝基合金物理结构的工艺。

背景技术

采用低密度、高耐磨的过共晶铝硅系合金件取代传统的汽车发动机、压缩机铸铁和铸钢件是材料研究工作者多年追求的目标。过共晶铝硅合金因其具有热膨胀系数低、密度小、导热性好、耐磨、耐蚀等特性，特别适合于制造轻质耐磨零部件，故在航空、航天、交通运输、机械加工等领域，尤其在汽车工业中得到广泛的应用。然而，传统的铸锭冶金工艺所制备的过共晶Al-Si系合金，其初晶硅相粗大限制了其应用的推广，虽采用细化初晶硅的方法，但对铸造晶的细化效果十分有限，而且使用该方法使硅元素加入量受到限制，合金的耐磨性能难以得到提高。

快速凝固技术的出现和发展可以部分解决硅元素加入量与初晶硅相粗大之间的矛盾，但快速凝固技术工艺过程复杂和制造成本过高，限制了它的实际应用，特别是在民用领域中的应用。此外，用复合材料的制造工艺也可获得具有细晶和高体积分数第二相硅元素的铝合金，但复合技术同样也存在有工艺复杂、成本高，以及第二相分布不均匀和相界面结合不良等问题。

发明内容

本发明针对含高硅的铝合金存在的上述问题，提出了一种耐热、耐磨的高硅铝合金和相应的成型工艺。本发明的目的不仅要寻求一种兼有良好的耐磨性和较高的耐热性的新合金，并且要为细化合金强化相提出一种新的途径。

本发明所提出的耐磨、耐热高硅铝合金，其特征在于合金的化学成分(按重量百分数计算)为硅(Si)：15～20；铁(Fe)：2.0～5.0；锰(Mn)：1.0～3.0；铜(Cu)：1.0～4.0；镁(Mg)：0.5～1.5；镍(Ni)：1.0～3.0；铝(A1)为余量。

本发明还提出了一种与上述合金制造零部件相适应的合金成型工艺，其特征在于将高硅铝合金经熔炼后采用半固态挤压成型。

上述成型工艺的全过程为：先采用常规的铝合金铸造熔炼工艺，经过熔炼后浇注成锭。将铸锭采用机械加工方法使其尺寸达到挤压模具的要求。将机加工好的挤压锭(坯锭)进行二次加热处理，加热温度根据合金成分确定，当坯锭中的液相容积达到20～40Vol％时，将处于半固态的坯锭放入挤压模具中，按照零部件的规格设定挤压机的工作参数，最终在模具中挤压成型。挤压成型的部件再经过固溶和时效处理后，耐磨性能良好，机械性能也大为改善。

通过金相分析，发现高硅铝合金经半固态挤压成型后的组织与铸态组织相比发生了显著的变化，粗大的富铁相消失而转化为较为圆整的近粒状相，硅相的尺寸普遍变小而且圆整化，出现个别的较大硅相也趋向于呈球状，这应该是半固态成型零部件性能提高的原因。

本发明所提供的耐磨、耐热高硅铝合金及其成型工艺，与现有的硅铝合金和成型工艺相同比具有以下优点：

1、本发明的新合金具有良好的耐磨性和耐热性；

2、本发明的成型工艺，工艺简单，成本低，解决了快速凝固技术和复合材料制造工艺高成本的问题，将大大扩宽含高硅耐磨、耐热硅铝合金的应用领域；

3、用本发明的合金和工艺制造的部件其金相组织有明显的变化，其综合机械性能大为改善。

附图说明

图1为本发明的铝合金经过半固态挤压成形和热处理后的微观组织；

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明的内容作进一步的补充和说明。在对实施例的叙述过程中为避免过多的重复，许多地方作出了必要的省略。

实施例1：

按如下化学成分(wt％)：Si 17；Fe 5；Mn 3；Ni 2配制中间合金，中间合金的成分为Si 35 Al 65；Fe 15 Al 85；Mn 10 Al 90；Ni 5 Al 95，并以中间合金的形式同Cu 2，Mg 1和余量的铝一同加入电炉中。通电加热熔化，经过精炼变质处理后在电磁搅拌的条件下凝固成铸锭。

对铸锭进行机械加工使其尺寸达到挤压模具的要求，即制成坯锭。

将加工好的坯锭进行二次加热，加热温度根据合金成分确定。当坯锭中的液相组分达到40 Vol％时，将处于半固态的坯锭放入挤压模具中，按零部件的规格要求设定挤压机工作参数，在模具中挤压成型。再经固溶和时效处理制成所需要的零部件。此时合金的力学性能如表1所示，有很明显的提高。

表1：Al-17Si-5Fe-3Mn-2Cu-Mg-2Ni的力学性能

挤压比	抗拉强度R_m(N/mm²)	伸长率A(％)
挤压比	抗拉强度R_m(N/mm²)	伸长率A(％)	10	192	1.5

实施例2：

按如下化学成分(wt％)：Si 15；Fe 5；Mn 1；Ni 3与适量的Al配制成中间合金，再与Cu 4，Mg 0.5和余量的Al一同加入真空电炉中，通电加热熔化，熔炼温度800℃，保温30分钟。在电磁搅拌条件下浇注成锭。再将铸锭进行机械加工制成坯锭。

对坯锭进行二次加热，加热温度为560℃，当坯锭中液相组分达20 Vol％放入挤压模具中按零部件的规格要求设定挤压机的工作参数，在模具中挤压成型，再经固溶和时效处理最终制成所需要的零部件。

实施例3：

按如下化学成分(wt％)：Si 20；Fe 2；Mn 2；Ni 1和适量的Al配制成中间合金，同Cu1，Mg 1.5和余量的Al一同投入真空电炉的坩埚中，通电加热熔化，熔体温度800℃，保温30分钟。在电磁搅拌下浇注成锭。将铸锭机加工成挤压坯锭。

对坯锭进行二次加热，加热温度为560℃，当坯锭中液相组分达30Vol％时放入挤压模具中按零部件的规格要求设定挤压机的工作参数，在模具中挤压成型，再经与前实施例相同的规范进行热处理最终制成所需的零部件。

实施例4：

按如下化学成分(wt％)：Si 17；Fe 3.5；Mn 2；Ni 2和适量的Al配制成中间合金，同Cu 3；Mg 1和余量的Al一同投入真空电炉中，通电加热熔化，熔体温度800℃，保温30分钟。在电磁搅拌下浇注成锭。再将铸锭机加工成挤压坯锭。

对坯锭进行二次加热，加热温度为560℃，当坯锭中液相组分达35Vol％时放入挤压模具中按零部件的规格要求设定挤压机的工作参数，在模具中挤压成型，再经固溶处理和时效处理最终制成所需要的零部件。本发明所提供的零部件硬度提高达到HB196；抗拉强度达到200MPa；延伸率达1.5％，在相同的摩擦条件下，磨损失重仅为铸态Al-17Si合金的50％左右。

总之，本发明的合金具有良好的耐磨、耐热性能，使用本发明的高硅铝合金及其成型工艺，批量生产供汽车发动机和压缩机用的铝合金耐磨、耐热零部件，可望取得很好的社会效益和经济效益。

Claims

1、一种耐磨、耐热高硅铝合金，其特征在于：合金的化学成分按重量百分数计算为：硅：15～20；铁：2.0～5.0；锰：1.0～3.0；铜：1.0～4.0；镁：0.5～1.5；镍：1.0～3.0；其余为铝。

2、一种按权利要求1所述的高硅铝合金的成型工艺，其特征在于合金经熔炼后采用半固态坯锭挤压成型。

3、按权利要求2所述高硅铝合金的成型工艺，其特征在于所说的半固态坯锭其中液相组分的体积分数达到20～40Vol％。