[发明专利]一种高性能车用发动机共晶铝硅合金活塞材料

说明书

技术领域

本发明属于有色金属材料制备技术和变质处理工艺领域，具体涉及一种高性能车用发动机共晶铝硅合金活塞材料。

背景技术

活塞是发动机的心脏，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。在高温高压高速的情形下工作，决定着发动机的工作效率，因此要求活塞合金具有较好的体积稳定性和较高的高温强度。发动机性能的不断提高则使得活塞的工作负荷显著增加，因而对活塞性能尤其是高温性能提出了更高的要求，活塞材料则首当其冲。

目前国内业界仍普遍采用的ZL109等传统合金牌号已不能适应新开发的更高负荷和性能活塞尤其是高性能车用发动机活塞的要求，近年来更是常发生有的机型上出现断头或燃烧室口开裂的情况。

本发明是在ZL109合金的基础上，通过调整合金成分、加入微量元素、严格控制变质工艺，制备一种高强度，低热膨胀系数的新型共晶合金材料，符合高性能车用发动机活塞的要求。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种共晶铝硅合金活塞的材料及其制备方法，尤其适合用于车用发动机的活塞中。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种共晶铝硅合金活塞材料，以质量百分比计，含有Si：11～13％、Cu：3.8～4.5％、Ni：2.5～4.5％、Mg：0.5～1.0％、V：0.05～0.08％、Zr：0.05～0.08％、P：0.006～0.014％，余量为Al和不可避免的杂质。

优选的，所述共晶铝硅合金活塞材料，以质量百分比计，含有：Si：12.2～12.6％、Cu：3.8～4.5％、Ni：2.7～3.0％、Mg：0.6～0.9％、V：0.05～0.07％、Zr：0.05～0.07％、P：0.006～0.014％，余量为Al和不可避免的杂质。

进一步的，所述共晶铝硅合金活塞材料，还可以含有以下按质量百分比计的合金元素，Zn≤0.5％、Mn≤0.15％、Ti≤0.05％、Sn≤0.02％、Fe≤0.5％。

本发明还提供一种所述铝合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)按铝硅合金中合金元素所占质量百分比计Si：11～13％、Cu：3.8～4.5％、Ni：2.5～4.5％、Mg：0.5～1.0％、V：0.05～0.08％、Zr：0.05～0.08％、P：0.006～0.014％，余量为Al和不可避免的杂质；分别称取重熔用铝锭、重熔用镁锭、工业硅、电解铜、纯镍板、AlV5(铝钒中间合金)、AlZr10(铝锆中间合金)和AlP3(铝磷中间合金)；其中工业硅为破碎好的1～5cm³的小块；

(2)按总投料质量的0.1～0.2％称取无钠精炼剂；

(3)将步骤(1)、步骤(2)中的工业硅、电解铜、重熔用镁锭、纯镍板、AlV5、AlZr10、AlP3、重熔用铝锭和无钠精炼剂放入温度200-300℃的恒温预热干燥炉中干燥2～3h；

(4)将步骤(3)中干燥后的工业硅、纯镍板、重熔用铝锭放入工业电炉内，设定工业电炉炉体温度为850℃；

(5)点火3h～4h，待炉内的重熔用铝锭、工业硅和纯镍板全部熔化，搅拌炉内铝液5～8min，然后在工业电炉中加入步骤(3)干燥后的电解铜、AlV5和AlZr10，继续点火升温，并设定炉内熔体温度800℃保温30min。

(6)待炉内所有物料全部熔化，调整温度至740～780℃，用钟罩将经步骤(3)干燥处理的重熔用镁锭压入铝合金熔体内部3～5min至重熔用镁锭全部熔化，迅速搅拌4～5min；

(7)将铝合金熔体温度调整到830℃，加入AlP3中间合金进行变质处理；

(8)变质30～50min后，充分搅拌，取样检测合金成分。

(9)测量铝合金熔体温度，在铝合金熔体温度800～815℃范围内将步骤(3)干燥后的无钠精炼剂的50％撒入铝合金熔体内进行充分搅拌，将剩余的50％无钠精炼剂放入自动喷粉机中，以惰性气体为载体将无钠精炼剂均匀的喷入铝合金熔体内进行精炼，喷入的时间控制在10～15min，进行打渣，打渣后铝液静置5～10min；

(10)在铝合金熔液温度800～815℃时出炉，得所述的共晶铝硅合金活塞材料。

优选的，所述方法包括如下步骤：