[发明专利]铸造用铝合金和内燃机气缸盖

说明书

技术领域

本发明涉及铸造用铝合金及其热处理方法。更具体地，本发明涉及适用于同时要求优异高循环疲劳强度和优异热疲劳强度的构件的铝合金，涉及由该合金制造的铸件和该铸件的制造方法。此外，本发明涉及由该铝合金铸件构成并由该铸件制造方法制造的内燃机气缸盖。

背景技术

作为要求优异机械性能的具有复杂形状的铸造合金，目前为止，采用JIS H 5202中规定为AC2A、AC2B和AC4B的Al-Cu-Si类以及其中规定为AC4C和AC4CH的Al-Mg-Si类制成的铝合金铸件。由所述合金制成的铸件有内燃机的气缸盖、气缸体等。

在这些铸件中，如特开2006-169594号公报所披露的，通常使用进行了T6处理(固溶热处理/淬火处理之后，在获得最大强度的回火温度下进行的时效处理)或T7处理(固溶热处理/淬火处理之后，通过过时效保证尺寸稳定性的处理)的铸造体，以提高强度和韧性。

然而，随着近年来发动机功率的提高以及为减轻车体重量气缸盖的薄化，在这种传统内燃机气缸盖中循环应力有增大的趋势。另外，气缸盖具有使T6或T7处理时产生的高残余应力集中于局部的结构。因而，在如上所述的铝合金铸件中，不能够认为作为其高循环疲劳强度和热疲劳强度代替特性的伸长率是足够的，并且存在疲劳断裂发生的可能性提高的问题。可能从车顶(top deck)和气缸盖水套的应力集中部分，以及从燃烧室中阀间部位的高温部分，发生这种疲劳断裂。

本发明集中关注传统铝合金铸件中的上述问题。本发明的目的是：提供铸造用铝合金，其具有优异的伸长率，作为热疲劳强度和高循环疲劳强度的代替特性，并且适用于同时要求优异的高循环疲劳强度和优异的热疲劳强度的铸件，例如内燃机气缸盖；提供由所述铝合金制成的铸件；提供所述铸件的制造方法；提供由所述铝合金铸件构成的内燃机气缸盖；以及提供通过所述铸件制造方法制造的内燃机气缸盖。

发明内容

为实现上述目的，对合金成分、热处理方法等进行了反复积极地研究，结果本发明的发明人发现，通过规定Si、Cu和Mg各自的含量，通过对所得合金铸件进行T7处理，等等，可解决上述问题。以这种方式，本发明人完成了本发明。

具体而言，本发明是基于上述发现作出的。本发明的铸造用铝合金以质量比计包含4.0-7.0％的Si，0.5-2.0％的Cu，0.25-0.5％的Mg，不大于0.5％的Fe，不大于0.5％的Mn，并且还包括选自Na、Ca和Sr中含量各自为0.002-0.02％的至少一种成分，以及作为剩余部分的Al和不可避免的杂质。

另外，除上述从Si到Sr的成分以外，本发明的铸造用铝合金还包括选自Ti、B和Zr中的至少一种成分，它们的含量以质量比计各自为0.005-0.2％。

此外，本发明的铝合金铸件的特征在于该铝合金铸件由本发明的上述合金构成。另外，本发明的铝合金铸件的制造方法包括：对上述铝合金铸件进行T7处理，即固溶热处理：铝合金铸件于500℃-550℃保温2.0-8.0小时之后，快速冷却铝合金铸件；以及对上述铝合金铸件进行时效处理：铝合金铸件于190℃-250℃保温2.0-6.0小时之后，冷却该铝合金铸件。

另外，本发明的内燃机气缸盖的特征在于该气缸盖由本发明的上述铝合金铸件构成，并且其特征还在于该气缸盖通过上述制造方法制造，换言之，经受上述T7处理。

根据本发明，由于将铸造用铝合金中所含的Si、Cu和Mg各自限定在特定的范围内，等等，因而可提高由所述合金构成的铸件的伸长率，并且可获得同时具有优异的高循环疲劳强度和热疲劳强度的铸件，例如内燃机气缸盖。

附图说明

图1显示根据铸造用铝合金收缩试验的结果，Si含量和Cu含量对铸造缺陷生成量的影响。

图2显示试验片的高循环疲劳强度、断裂伸长率和洛氏硬度B标(HRB)。

图3显示试验片的高循环疲劳强度、断裂伸长率和洛氏硬度B标(HRB)。

具体实施方式

以下将对本发明的铸造用铝合金和由该合金制成的铝合金铸件以及对例如合金成分和热处理条件等进行限定的原因及其作用进行详细说明。应当注意的是，在该说明中，“％”表示质量百分比，除非另作规定。

(1)Si含量：4.0-7.0％