[发明专利]一种提高多元铝硅合金耐磨性能的热处理工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于铝硅合金技术领域，特指一种提高多元铝硅合金耐磨性能的热处理工艺方法。

背景技术

随着汽车工业的迅猛发展，为提高车速、降低油耗、节约能源和保护环境，降低单车重量的压力越来越大，铸造铝合金在汽车行业的应用范围将进一步扩大，以替代主要结构中不仅承受静载荷，而且承受很大冲击和振动的钢铁部件(如汽车底盘支架等)，这对铸造铝合金的力学性能提出了更高的要求。在各种类型的铸造铝合金中，Al-Si系合金具有优良的铸造性能，如流动性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后具有良好的力学性能、物理性能、耐蚀性能、气密性和加工工艺性能，是用途最广的铸造铝合金，其用量占铝合金铸件总产量的80％以上。目前汽车发动机缸体常用铝硅合金为基础。

通过对微合金化的多元Al-Si合金进行复合变质和热处理工艺处理，开发出一种提高多元铝硅合金耐磨性能的热处理工艺方法。

发明内容

一种提高多元铝硅合金耐磨性能的热处理工艺方法，其特征为，多元铝硅合金成分为，Si6.5～7.5wt%、Cu3.5～4.5wt%、Mn0.30～0.45wt%、Mg0.35～0.45wt%、Zn0.40～0.60wt%、Cr0.25～0.35wt%、Ni0.2～0.3wt%、余为Al。将A1-50wt%Cu，A1-28wt%Si，A1-10wt%Mn，Al-10wt%Cr，Al-10wt%Ni等中间合金和纯Zn等放入坩埚熔炼炉内进行熔炼的，待合金全部化清撇渣后轻轻搅拌并保温5min后，再压入纯Mg，并轻轻搅拌，让Mg充分熔化扩散，保温10min（此时合金液温度为740～760℃）。用钟罩将占合金液重量的0.4wt%除气精炼剂压入合金液中进行除气精炼，除气精炼后撇渣并降温至730℃静置5min后，加入占合金液重量的0.1wt%复合变质剂进行变质处理，复合变质剂成分为Sr9-11wt%、Ti4-6wt%、B0.8-1.5wt%，余为铝，静置5min后，温度为720℃进行浇注，浇注到金属型模具中，浇注试样尺寸为Φ50mmX200mm。对浇注好的试样采取二种热处理方式，一是固溶加时效（T6），将浇注好的试样冷却至室温后再在490℃±5℃保温，6小时淬入80-100℃的热水中，然后在165℃±5℃时效，保温5小时后取出空冷；二是铸淬加时效：将浇注好的试样冷却至460-480℃时直接淬入80-100℃的热水中，然后在180℃±5℃保温，6小时后取出空冷；在两种热处理后的试样和铸态的试样上分别取摩擦磨损试样，摩擦磨损试样尺寸为19.5mm×10mm×8mm。

摩擦磨损实验在M-2000摩擦磨损试验机进行。滑动磨损时，上试样固定，摩擦时速度可选高速400r/min或低速200r/min。考虑到多元Al-Si合金硬度较低，高速时冲击较大，且是干摩擦，本试验选择了低速200r/min，这是符合实际情况的。实验载荷是挤压弹簧通过杠杆传递给上轴并施加给装在下轴上的摩擦对副，摩擦对副为45钢，上轴的块状试样固定不动，下轴通过底层的电机带动摩擦对副旋转，进行滑动摩擦磨损实验。磨损实验条件是在大气环境下进行的干滑动摩擦磨损，实验温度为室温（20±10）℃；载荷为50N、100N、150N、200N，滑动速度为200r/min，磨损时间取10min，20min，30min。

附图说明

图1不同热处理工艺试样磨损10min后的磨损失重情况

图2不同热处理工艺试样磨损20min后的磨损失重情况

图3不同热处理工艺试样磨损30min后的磨损失重情况

由图1-图3可以看出，载荷越大，磨损时间越长，磨损量越大，符合磨损的一般规律。当载荷为50N时，不同热处理试样的磨损失重重量接近，不同热处理工艺对多元Al-Si合金的磨损性能影响较小。

磨损时间为10min时，载荷增加到100N和150N时，三种状态下的多元铝合金磨损失重增长缓慢，当载荷增加到200N时，合金磨损失重增长迅速。铸态的磨损失重增长缓慢，比经过固溶加时效（T6）的试样和铸淬加时效的试样磨损量小。

磨损时间为20min时，三种状态下的多元Al-Si合金磨损失重较磨损时间为10min时的增长迅速。铸态的磨损量较经过固溶加时效（T6）的试样和铸淬加时效的试样磨损量小。