[发明专利]高强耐热过共晶铝硅合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种高强耐热过共晶铝硅合金及其制备方法。 

背景技术

过共晶铝硅合金具有优异的低膨胀性能，高耐磨性和耐蚀性，较小的密度和良好的导热性，是制造发动机活塞较理想的材料。目前这类合金在使用过程中发现高温强度低下，从而导致使用温度低，已经成为大功率内燃机(活塞工作温度300℃以上)使用Al-Si活塞合金的制约因素。要改善过共晶铝硅合金的高温强韧性能，除了对共晶Si、初晶Si进行细化、球化，还要获得具高温稳定性的弥散分布第二相，目前这方面的研究较少。 

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种高强耐热过共晶铝硅合金及其制备方法，目的在于解决现有过共晶铝硅合金耐热性差，抗拉强度低的问题。 

本发明的高强耐热过共晶铝硅合金化学成分按重量百分比为硅17.0～190％，铜1.0～2.0％，镁0.3～0.7％，镍0.5～1.0％，铁0.5～1.0％，锰0.3～0.7％，锆0～0.4％，铈0～0.28％，镧0～0.12％，镨0～0.02％，铌0～0.08％，铬0.5～1.0％，钼0.3～0.7％，磷0.07～0.15％，杂质总和≤0.5％，余量为铝。 

本发明的制备方法包括精炼和浇注，然后进行热处理或不进行热处理，按以下步骤进行： 

(1)精炼：将金属铝加热至720～820℃成为液态，按设定的合金成分重量配比加入硅、铜、镍、铁、锰、锆、铬、铈、镧、镨、铌和钼，然后在金属熔池中加入金属铝，或者按设定的合金成分重量配比加入硅、铜、镍、铁、锰、锆、铬、铈、镧、镨、铌和钼与铝的合金，在720～820℃条件下将全部金属熔化为液态。 

将熔化后的金属熔液经一次精炼或二次精炼，其中一次精炼为：将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌使金属镁在溶池中全部熔化，在720～780℃条件下保温5～15min；再加入变质剂，搅拌至变质剂全部熔化，在720～780℃条件下保温5～15min；然后加入铝精炼剂精炼或进行吹氩精炼，加入精炼剂精炼的步骤为：加入铝精炼剂，在720～780℃条件下保温10～20min后撇渣，然后静置5～10min；进行吹氩精炼的步骤为：在720～780℃条件下向溶池中喷吹氩气，氩气流量为0.25～0.4m³/h，喷吹量按每吨金属熔液喷吹氩气3～4m³，喷吹后静置10～15min后撇渣，撇渣后再静置5～10min。所述的变质剂为铜磷合金，成分按重量百分比为含磷8～15％，余量为铜；变质剂的加入量是磷在产品中的重量含量，为0.07～0.15％。 

二次精炼为：向金属熔池中第一次加入铝精炼剂，在720～820℃条件下保温5～15min后 撇渣，将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌至金属镁全部熔化，在720～780℃条件下保温5～15min；再向溶池中加入变质剂，搅拌至变质剂全部熔化，在720～780℃条件下保温30～40min；第二次加入铝精炼剂，在720～780℃条件下保温10～20min后撇渣，然后静置5～10min。所述的变质剂为铜磷合金，成分按重量百分比为含磷8～15％，余量为铜；变质剂的加入量是磷在产品中的重量含量，为0.07～0.15％。 

其中一次精炼中，铝精炼剂的加入量为合金总量的0.5～1.0wt％。二次精炼中，第一次加入铝精炼剂时，铝精炼剂的加入量为合金总量的0.5～1.0wt％，第二次加入铝精炼剂时，铝精炼剂的加入量为合金总量的0.3～0.8wt％。 

(2)浇注：先将铸模预热至250℃±10℃，然后将精炼后的金属溶液浇注成高强耐热过共晶铝硅合金铸坯；其化学成分按重量百分比为硅17.0～19.0％，铜1.0～2.0％，镁0.3～0.7％，镍0.5～1.0％，铁0.5～1.0％，锰0.3～0.7％，锆0～0.4％，铈0～0.28％，镧0～0.12％，镨0～0.02％，铌0～0.08％，铬0.5～1.0％，钼0.3～0.7％，磷0.07～0.15％，杂质总和≤0.5％，余量为铝。 

(3)热处理：将铸坯加热至525±5℃，保温3～5h进行固溶，固溶后的铸坯在60～80℃的水中淬火，然后在175±2℃条件下保温至少10h。热处理步骤能够提高铝合金的力学性能。当浇注完成后获得的高强耐热过共晶铝硅合金铸坯的力学性能满足要求时，热处理步骤不再执行。