一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金，鋁合金成分的質(zhì)量百分比為：6.5?7.5%的Si，0.25?0.45%的Mg，≤0.17%的Fe，0.08?0.25%的Ti，0.005?0.015%的Sr，其余為Al。本發(fā)明還涉及這種鋁合金的制備方法，包括按上述成分要求備料；在坩堝爐中的純鋁錠、純硅加熱到760±10℃熔化；將純鎂、鋁鈦中間合金用鐘罩壓入鋁、硅溶液底部，并將溫度控制在810?860℃之間進行合金化；待合金化完成后，將溫度控制在740±10℃之間，加入鋁鍶中間合金AlSr；通高純氮氣進行除氣；同時，加入覆蓋劑；靜置后扒渣；將合金液澆入預(yù)熱的模具中，得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金。本發(fā)明經(jīng)T6熱處理后，抗拉強度達到305?325MPa，屈服強度達到240?260MPa，硬度達到90?110HBS，延伸率達到6%；強度、韌性均能夠滿足發(fā)動機缸蓋產(chǎn)品性能要求。
【專利說明】
一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金材料，具體涉及一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金及其制備方法。特別是具有優(yōu)良機械性能(高強度、高韌性)的鋁合金材料。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，各公司在生產(chǎn)汽車發(fā)動機缸蓋產(chǎn)品時，其熔煉、澆鑄、熱處理等生產(chǎn)設(shè)備的差異性，采用的鑄造、熱處理工藝參數(shù)具有各自的使用體系;且不同公司在缸蓋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時對材料性能要求不一致，所以，各公司使用的鋁合金材料均是在通用材料牌號的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，形成專用材料牌號。
[0003]隨著發(fā)動機TC(渦輪增壓技術(shù))、GDI(汽油機直噴技術(shù))、VVT(發(fā)動機可變氣門正時技術(shù))等新技術(shù)的集成應(yīng)用，缸蓋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越復(fù)雜，鑄造工藝性難度系數(shù)增大;缸蓋底面和燃燒室面對鋁合金材料性能的要求為高強度、高韌性，且需要對屈服強度提出具體數(shù)值要求，即抗拉強度保持在> 300MPa、屈服強度保持在> 240MPa水平的同時，延伸率須達到6% AC4CH是發(fā)動機缸蓋常用的鋁合金材料，其主要成分為Si6.5-7.5%, Mg0.25-0.45%，F(xiàn)e彡0.20%;但是，其經(jīng)過T6熱處理后，抗拉強度>250MPa，延伸率達5%，對屈服強度沒有要求;該材料無法滿足TC、GD1、VVT等新技術(shù)集成的缸蓋產(chǎn)品設(shè)計性能要求。
[0004]CN103540812A公開了 “一種發(fā)動機缸蓋用鋁合金材料及其制備方法”，其中發(fā)動機缸蓋用鋁合金材料的組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為:Si7.5%, Mg0.35%，Cu0.5-1.5%, Ni 0.7-2.3%,Mn0.2-0.8%,Fe0.3-0.9%，余量為Al。其制備方法，按以下步驟操作:按配比量稱取工業(yè)純鋁、結(jié)晶硅、純鎳、Al -Cu50%中間合金、Al -Fe20%中間合金以及Al-Mn 15%中間合金，將上述各原料加入坩禍電阻爐中，升溫至850°C直至全部融化呈熔融狀態(tài)，，然后降溫至730-750°C，用鐘罩壓入配比量的Mg，攪拌均勻后靜置20min;再加入復(fù)合磷鹽變質(zhì)劑，攪拌均勻后于730-750°C保溫靜置20min;隨后加入脫氣劑六氯乙烷，攪拌均勻后于730-750°C保溫靜置20min;扒去浮渣后將合金液澆入預(yù)熱的模具中，冷卻后取出，采用T6熱處理工藝進行熱處理后得到鋁合金材料。與現(xiàn)有鋁合金氣缸蓋材料相比，其常溫(20°C)抗拉強度基本保持不變，而高溫抗拉強度(300°C)明顯提高。毫無疑問，這是所屬技術(shù)領(lǐng)域的一次有益的嘗試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金，其經(jīng)T6熱處理后，抗拉強度達到305-325MPa，屈服強度達到240_260MPa，硬度達到90_110HBS，延伸率達到6%;強度、韌性均能夠滿足TC、GD1、VVT等新技術(shù)集成發(fā)動機缸蓋產(chǎn)品性能要求。
[0006]本發(fā)明還提供上述一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金(Al-S1-Mg-T1-Sr系)，其特征是，鋁合金成分的質(zhì)量百分比為:6.5-7.5% 的 Si，0.25-0.45% 的 Mg，彡0.17% 的 Fe，0.08-0.25% 的 Ti,0.005-0.015%的Sr，其余為Al。
[0008]一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金的制備方法，其特征是，包括以下步驟:
第一步，按上述成分的質(zhì)量百分比要求準備純鋁錠(工業(yè)純鋁)、純硅、純鎂、鋁鈦中間合金、鋁鍶中間合金；
第二步，在坩禍爐中加入第一步中配好的純鋁錠、純硅加熱到760 ± 10 °C熔化；
第三步，待所加的純鋁錠、純硅全部熔化完成后，將第一步中準備好的純鎂、鋁鈦中間合金用鐘罩壓入鋁、硅溶液底部，并將溫度控制在810-860°C之間進行合金化；
第四步，待合金化完成后，將溫度控制在740 ± 10 °C之間，加入第一步中準備好的鋁鍶中間合金Al Sr，作為變質(zhì)劑；
第五步，通入純度不小于99.997%的高純氮氣進行除氣，除氣時間為20-30min;同時，按合金液重量的0.2-0.5%加入覆蓋劑；
第六步，通氣完成后，靜置10_15min后扒渣；
第七步，將合金液澆入預(yù)熱的模具中，冷卻后取出，得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金。
[0009]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)由于添加了0.08-0.25%的Ti合金，形成的TiAl3金屬間化合物，該物質(zhì)為結(jié)晶時的非自發(fā)核心，尺寸微小且數(shù)量眾多、彌散分布，起到細化鑄造組織的作用，改善合金顯微組織結(jié)構(gòu)，提高強度與延伸率。
[0010](2)由于添加了0.002-0.015%的Sr合金，對α枝晶生長有顯著的影響，Sr能使α枝晶數(shù)量增加，并且能夠使未變質(zhì)時的一次枝晶明顯變短小，且二次枝晶也得到改善變小，經(jīng)熱處理后，硅相呈細小點狀或球狀，從而保證了 Mg2Si強化機體的作用及鋁基體的塑性得到充分發(fā)揮，從而提高了鋁合金的性能。
[0011]鑄造鋁合金中的共晶Si呈粗大的針狀或片狀，對整個Al基體起到切割作用，會顯著降低產(chǎn)品的強度及韌性。變質(zhì)就是將這些粗大的針狀或片狀共晶Si的形狀變成球形或接近球形，從而減少其對Al基體的切割作用，提高產(chǎn)品強度。
[0012](3)本發(fā)明提供的鋁合金，經(jīng)Τ6熱處理后抗拉強度達到305_325MPa，屈服強度達到240-260MPa，硬度達到90-110HBS，延伸率達到6%;突破了類似牌號鑄造鋁合金綜合機械性能不高的瓶頸，其高強度、高韌性能夠滿足TC、GD1、VVT等新技術(shù)集成發(fā)動機缸蓋產(chǎn)品性能要求。
【附圖說明】
[0013]圖1為未加鍶合金的鋁合金顯微組織結(jié)構(gòu)圖(可見明顯的粗針狀的共晶硅)；
圖2為加鍶合金后的鋁合金在T6熱處理后的顯微組織結(jié)構(gòu)圖(可見組織明顯細化，粗針狀的共晶硅已變?yōu)槎虠U狀或點狀，且合金相彌散分布在基體中)。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0015]實施例1:
第一步，準備純鋁錠624Kg、純硅49Kg、純鎂2.5Kg、鋁鈦中間合金23.8Kg、鋁鍶中間合金0.7如，原料總重7001^。
[0016]第二步，在坩禍爐中加入第一步中配好的純鋁錠、純硅加熱到760°C±10°C熔化； 第三步，待所加的純鋁錠、純硅全部熔化完成后，將第一步中準備好的純鎂、鋁鈦中間合金用鐘罩壓入鋁、硅溶液底部，將溫度控制在860 °C左右進行合金化。
[0017]第四步，待合金化完成后，將溫度控制在740°C±10°C之間，加入第一步中準備好的鋁鍶中間合金Al Sr，作為變質(zhì)劑；
第五步，通入純度不小于99.997%的高純氮氣進行除氣，除氣時間為25min;同時，按合金液重量的0.2-0.5%加入覆蓋劑，以減少鋁合金的吸氣量與氧化；
第六步，通氣完成后，靜置15min后扒渣；
第七步，將合金液澆入預(yù)熱的模具中，冷卻后取出，得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金。
[0018]得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金;其成分的質(zhì)量百分比為:317.10%，1%0.36%，F(xiàn)e0.1 l%，T1.17%，Sr0.010%，余量Al ；該鋁合金經(jīng)T6熱處理后，屈服強度為248MPa，抗拉強度為316MPa，硬度為105HBS，延伸率為6.8%。
[0019]實施例2:
第一步，準備純鋁錠612Kg、純硅52Kg、純鎂3Kg、鋁鈦中間合金32Kg、鋁鍶中間合金lKg，原料總重700Kg。
[0020]第二步，在坩禍爐中加入第一步中配好的純鋁錠、純硅加熱到760°C ± 1 °C熔化； 第三步，待所加的純鋁錠、純硅全部熔化完成后，將第一步中準備好的純鎂、鋁鈦中間合金用鐘罩壓入鋁、硅溶液底部，將溫度控制在810°C左右進行合金化。
[0021]第四步，待合金化完成后，將溫度控制在740°C±10°C之間，加入第一步中準備好的鋁鍶中間合金Al Sr，作為變質(zhì)劑；
第五步，通入純度不小于99.997%的高純氮氣進行除氣，除氣時間為25min;同時，按合金液重量的0.2-0.5%加入覆蓋劑，以減少鋁合金的吸氣量與氧化；
第六步，通氣完成后，靜置15min后扒渣；
第七步，將合金液澆入預(yù)熱的模具中，冷卻后取出，得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金。
[0022]得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金;其成分的質(zhì)量百分比為:Si7.43%,Mg0.43%，F(xiàn)e0.12%，T1.23%，Sr0.014%，余量Al ；該鋁合金經(jīng)T6熱處理后，屈服強度為25 IMPa，抗拉強度為315MPa，硬度為106HBS，延伸率為6.8%。
[0023]實施例3:
第一步，準備純鋁錠639.5Kg、純硅46Kg、純鎂2Kg、鋁鈦中間合金12Kg、鋁鍶中間合金
0.5Kg，原料總重700Kg。
[0024]第二步，在坩禍爐中加入第一步中配好的純鋁錠、純硅加熱到760±10°C熔化； 第三步，待所加的純鋁錠、純硅全部熔化完成后，將第一步中準備好的純鎂、鋁鈦中間合金用鐘罩壓入鋁、硅溶液底部，將溫度控制在840 °C左右進行合金化。
[0025]第四步，待合金化完成后，將溫度控制在740°C±10°C之間，加入第一步中準備好的鋁鍶中間合金Al Sr，作為變質(zhì)劑；
第五步，通入純度不小于99.997%的高純氮氣進行除氣，除氣時間為25min;同時，按合金液重量的0.2-0.5%加入覆蓋劑，以減少鋁合金的吸氣量與氧化； 第六步，通氣完成后，靜置15min后扒渣；
第七步，將合金液澆入預(yù)熱的模具中，冷卻后取出，得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金。
[0026]得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金;其成分的質(zhì)量百分比為:Si6.57%,Mg0.28%，F(xiàn)e0.12%，T1.086%，Sr0.0071%，余量Al ；該鋁合金經(jīng)T6熱處理后，屈服強度為249MPa，抗拉強度為314MPa，硬度為105HBS，延伸率為6.7%。
[0027]以上三個實施例所述覆蓋劑的牌號為KL一FG，為徐州坤龍金屬材料有限公司的產(chǎn)品；也可選擇其它牌號的覆蓋劑。
【主權(quán)項】
1.一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金，其特征是，鋁合金成分的質(zhì)量百分比為:6.5-.7.5% 的 Si，0.25-0.45% 的 Mg，彡0.17% 的 Fe，0.08-0.25% 的 Ti,0.005-0.015% 的Sr，其余為AL.2.如權(quán)利要求1所述一種用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金的制備方法，其特征是，包括以下步驟: 第一步，按上述成分的質(zhì)量百分比要求準備純鋁錠(工業(yè)純鋁)、純硅、純鎂、鋁鈦中間合金、鋁鍶中間合金； 第二步，在坩禍爐中加入第一步中配好的純鋁錠、純硅加熱到760 土 10 °C熔化； 第三步，待所加的純鋁錠、純硅全部熔化完成后，將第一步中準備好的純鎂、鋁鈦中間合金用鐘罩壓入鋁、硅溶液底部，并將溫度控制在810-860°C之間進行合金化； 第四步，待合金化完成后，將溫度控制在740 ± 10 °C之間，加入第一步中準備好的鋁鍶中間合金Al Sr，作為變質(zhì)劑； 第五步，通入純度不小于99.997%的高純氮氣進行除氣，除氣時間為20-30min;同時，按合金液重量的0.2-0.5%加入覆蓋劑； 第六步，通氣完成后，靜置10_15min后扒渣； 第七步，將合金液澆入預(yù)熱的模具中，冷卻后取出，得到用于鑄造發(fā)動機缸蓋的鋁合金。
【文檔編號】C22C21/04GK106086490SQ201610720595
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月25日
【發(fā)明人】何平, 項正波, 高亮, 李文仲
【申請人】重慶長安汽車股份有限公司