[发明专利]活塞用新型无镍高钛铝硅合金及其活塞的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料，具体来说是用于制造发动机活塞的特种铝硅合金，及其熔炼工艺和活塞处理工艺。

背景技术

现有含镍铝硅合金的热膨胀系数小、耐磨性较高、是最常用的活塞材料。如，目前发动机活塞广泛采用的ZL109含镍铝硅合金，其成分规范如下：Si：11-13％，Cu：0.5—1.5％，Mg：0.8—1.5％，Mn：≤0.2％，Ni：0.8—1.5％，Fe：≤0.7％；ZL109机械性能：体积稳定性；≤0.03％D，线胀系数：(20—300℃)≤22.3×10^-6抗拉强度：常温：≥196Mpa，300℃≥100Mpa，360℃60—70MPa(由于现发动机要求提高，现要求控制360℃高温强度，原国家标准不要求)。

中国专利文献公开了中国轻骑集团曲阜活塞厂的“一种活塞用铝基复合材料及其制备方法”(CN1257299C)，基体合金组成为(％)Si：9～16，Ni：0.5～2.0，Mg：0.2～1.5，Ti：0.2～2.0，其余为Al。中国专利文献还披露了东北轻合金有限责任公司的“铝合金活塞的制造方法”(CN1693507A)，其合金成分为(％)：Si：11.5～13.5，Fe：≤0.10，Cu：0.5～1.3，Mn：≤0.20，Mg：0.8～1.3，Ni：0.5～1.3，Zn：≤0.25，Cr：≤0.10，Ti：≤0.15。

随着我国经济的快速发展和经济结构的调整，金属原材料价格上涨幅度很大。特别是金属镍，由于资源日益枯竭，市场需求突飞猛长，其价格在短期内以翻番的速度增长。为了降低成本，同时在保证材料的物理和力学性能的前提条件下，开发出活塞用无Ni铝硅合金是我们所面临的、急需解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种不采用金属镍仍能满足活塞材料的物理、力学性能要求的活塞用新型无镍高钛铝硅合金。

实现本发明目的的技术方案是：一种活塞用新型无镍高钛铝硅合金，其特征是：所述合金中重量百分比计的各成分组成如下：

Si：12.5-13.5％，Cu：1.5-2％，Mg：0.9—1.5％，Mn：≤0.45％，Ti：0.25—0.4％，V：0.1—0.2％，Fe≤0.7％，其余为Al。

本发明的另一个目的是提供上述合金的熔炼以及热处理工艺。

本发明的另一目的是这样实现的：一种铝硅合金的熔炼工艺，熔炼工艺步骤如下：

a)、先将所需的全部硅均匀分布于天然气反射炉的炉膛底部，然后用加料板将配备好的纯铝锭总量的60—80％进炉，将硅全部覆盖，完后将铜板加在靠近喷火口的中上层，开始点火熔化；

b)、升温至表面铝液呈糊状后，加入钒合金和Al-Ti中间合金，同时将剩余铝锭加入，点火继续升温至850-880℃进行保温扩散熔炼，保温扩散时间为10—20分钟；

c)、经保温扩散熔炼的铝液静置15-20分钟后，进行精炼除气处理，加入覆盖剂0.3-0.5％，无毒精炼剂：在760-780℃温度下进行充分搅拌，静置5分钟后取样，待成份合格后，进行出水操作；

d)、出水时使用过滤网，中途搅拌一次；

上述铝硅合金活塞的热处理工艺按以下步骤进行：

e)、对浇铸活塞采用全部水淬，淬火温度为60-90℃；再对活塞进行裙部淬：取出活塞立即放入淬火箱中，淬火位置：止口向下，浸入深度不低于销孔中心，不超过销孔顶端；

f)、最后对活塞进行两级时效处理，第一级时效为：170℃×3h，第二级时效为：260℃×1.5h。

本发明对现有活塞用铝硅合金材料的成分进行了调整，经反复试验、筛选，通过取消高成本的Ni，加入高温强化元素Ti、V，同时对Si、Cu、Mn等含量进行优化，最后得到了上述合金。

本发明的有益效果是：

1、合金材料的成本得到降低

取消了高成本的金属镍，从而有效降低产品成本，从而提高了产品竞争力。

2、合金材料的力学性能、高温机械性能有所提高。

经测试，本发明无Ni铝硅合金的机械性能如下：体积稳定性≤0.025％D；线胀系数：20—300℃≤22×10-6/℃；抗拉强度：常温：≥196Mpa，300℃≥100Mpa，360℃≥65Mpa。

与现有ZL109合金相比，体积稳定性、线胀系数、360℃高温性能有明显提高。

3、针对本合金材料，相应研发出一套熔炼后热处理工艺，因此，本发明活塞在300-350℃的高温强度有所提高，耐磨性能更好。

具体实施方式