[发明专利]一种耐热疲劳铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，特指一种耐热疲劳铝合金，适用于制作在处于低温到高温冷热循环条件下工作的各种构件。

背景技术

铝合金的应用日益广泛，其应用领域几乎涉及生活的各个方面。目前欧美发达国家轿车中的铝合金用量已经从1990年代占车重的5.5％提高到目前的15％以上，这使得整车重量相应下降了20％；采用全铝发动机代替铸铁发动机可使发动机的重量减轻40％以上，对于提高汽车性能，降低排放具有很重要的意义。国外乘用车全铝发动机的使用率超过50％，国内全铝发动机的制造技术尚不成熟。全铝发动机的应用已成为汽车行业发展的趋势，但在高温高强度条件下工作，对铝合金的要求很高。普通铝合金在冷热交变环境中极易产生裂纹，导致零件失效；作为汽车发动机材料，热疲劳性能直接决定了整车运行的可靠性。提高材料的耐热疲劳性能对于延长零部件使用寿命和提高设备整机运行稳定性有重要意义。

前人对铝合金耐热疲劳性能进行了一些研究，文献[1](张文孝、郭成壁，铝合金的热疲劳特性及断裂力学计算分析，固体力学学报，2002 Vol.23No.03)和文献[2](周家章、张文孝，2A80铝合金材料热疲劳寿命研究，大连水产学院学报，2002 Vol.17No.02)初步探讨了铝合金耐热疲劳性能，但未涉及提高铝合金耐热疲劳性能的具体方法。

发明内容

本发明根据固溶强化、弥散强化和晶界强化等原理，在LD8铝合金基础上引入新的合金元素：Mn、Ti、Nb、V、Y等，提供一种耐热疲劳铝合金，提高铝合金的耐热疲劳性能，同时还具有良好的高温耐腐蚀、耐磨损性能。

本发明具体的技术方案为，一种耐热疲劳铝合金，其特征在于：组分以重量百分比计，Cu为2.0～2.3％，Mg为1.52～1.71％，Fe为1.29～1.38％，Ni为1.27～1.41％，Si为0.6～0.8％，Mn为1.3～2.1％，Ti为0.1～0.4％，Nb为0.35～0.46％，V为0.4～0.5％，Y为0.01～0.09％，余量为Al。

上述的耐热疲劳铝合金，Cu优选为2.13％，Ni优选为1.35％，Mn优选为1.72％，Ti优选为0.31％，Nb优选为0.41％，V优选为0.5％，Y优选为0.06％。

本发明所采用的技术方案不但能保证LD8铝合金的高温性能、耐腐蚀性能、耐磨损性能，还大幅提高了耐热疲劳性能，最终得到耐热疲劳性能优良的铝合金。

具体实施方式

实施例1：

在中频电炉中冶炼本发明耐热疲劳铝合金(记为1#铝合金)，成分为Cu为2.3％，Mg为1.52％，Fe为1.38％，Ni为1.27％，Si为0.6％，Mn为2.1％，Ti为0.1％，Nb为0.35％，V为0.4％，Y为0.01％，余量为Al。冶炼后浇铸成铸态试样，进行20℃～400℃冷热循环热疲劳实验。热疲劳性能见表1热疲劳裂纹扩展数据表。

实施例2：

在中频电炉中冶炼本发明耐热疲劳铝合金(记为2#铝合金)，成分为Cu为2.0％，Mg为1.71％，Fe为1.29％，Ni为1.41％，Si为0.8％，Mn为1.3％，Ti为0.4％，Nb为0.46％，V为0.5％，Y为0.09％，余量为Al。冶炼后浇铸成铸态试样，进行20℃～400℃冷热循环热疲劳实验。热疲劳性能见表1热疲劳裂纹扩展数据表。

实施例3：

在中频电炉中冶炼本发明耐热疲劳铝合金(记为3#铝合金)，成分为Cu为2.13％，Mg为1.61％，Fe为1.31％，Ni为1.35％，Si为0.71％，Mn为1.72％，Ti为0.31％，Nb为0.41％，V为0.5％，Y为0.06％，余量为Al。冶炼后浇铸成铸态试样，进行20℃～400℃冷热循环热疲劳实验。热疲劳性能见表1热疲劳裂纹扩展数据表。

通过表1对比发现，本发明铝合金的热疲劳裂纹出现明显迟于普通铝合金和LD8铝合金，表明本发明铝合金的耐热疲劳性能明显优于普通铝合金和LD8铝合金。

表1热疲劳裂纹扩展数据表