[发明专利]一种提高多元铝硅合金摩擦磨损性能的工艺方法

说明书

技术领域    

    本发明属于铝硅合金制备技术领域，特指一种提高多元铝硅合金摩擦磨损性能的工艺方法。

背景技术    

据统计，全世界大约有1/3～1/2的能源消耗在各种形式的摩擦上，约有80%的零件失效是各种形式的磨损引起的。以汽车发动机为例：发动机本身是一个高集成化、多系统化、高速运转的机械装置，在它内部存在多种类型的摩擦部件，其摩擦损失能量约占发动机总功率的20%。汽车发动机缸体作为发动机中最重要的部件，铸件质量重、结构复杂、壁厚分布不均匀，而且在高温、高压及可能出现润滑条件不良或伴有固体微粒甚至腐蚀介质工况的条件下承受内部零件相对运动产生的摩擦磨损。这些摩擦副的摩擦学行为，既会影响发动机的工作性能和运行效率，更会影响发动机缸体乃至其他部件的使用寿命。随着汽车工业的迅猛发展，为了满足汽车传动装置高速、高负荷、大功率传递的发展需求，以及降低汽车油耗、提高节能环保性能的发展趋势，降低汽车重量的压力越来越大。

铝及其合金由于具有质轻，耐磨，耐腐蚀，弹性好，比强度和比刚度高，抗冲击性能好，易表面着色，良好的加工成形性以及极高的再回收、再生性等一系列优良特性而成为汽车轻量化最理想的材料。其中，辅助添加Cu、Mg等元素的铸造Al-Si合金，不但比重比传统铝合金更轻，且具有良好的高温强度、耐磨性、耐热性和较低的热膨胀系数等优点，是代替铁基材料制造汽车，尤其是汽车发动机的理想材料。当前，国内外铝合金材料用于复杂、特殊工况下的摩擦磨损行为方面的研究主要集中在过共晶铝硅合金、铸造A356合金、2系、6系和7系变形铝合金、铝基复合材料以及表面经过特殊处理的铝合金，如仿生表面、表面薄膜、表面沉积、表面激光冲击处理等。关于汽车发动机用铸造铝硅合金摩擦磨损方面的研究还处于初级阶段，要想进一步扩大铸造铝合金在汽车行业的应用范围，对铸造铝合金的力学性能尤其是摩擦磨损方面提出了更高的要求。基于此，本发明开发出一种提高多元铝硅合金摩擦磨损性能的工艺方法。

发明内容    

本发明开发出一种提高多元铝硅合金摩擦磨损性能的工艺方法，按照下述步骤进行：

（1）材料为铸造铝硅合金，采用电磁感应石墨坩埚熔铝炉进行熔炼。除了Mg和Zn以外，其他原材料加入石墨坩埚内，在770℃下待所有原料熔化后降温至740℃并加入Mg和Zn。

（2）熔化后，再加入复合细化变质剂，其加入量为合金液总质量的0.40-0.60%。随后采用市售的HGJ-2铝合金无钠精炼清渣除气剂进行处理，加入量为合金液总质量的0.5%。

（3）完成后静置10min进行浇注，浇注温度710-720℃。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，不同的是施加铸型整体振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅5-20mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，浇注完成后关闭振动台。

（4）冷却后将铸造铝硅合金采用线切割的方法进行取样，进行两种处理：（a）T6处理：先进行固溶处理，485±5℃保温5h后，立即水冷（室温），随后进行时效处理，160±5℃保温5h后，立即水冷（室温），得到T6态合金；（b）铸淬时效处理：浇注完成等待3分钟后，将铸型直接淬入室温水中至室温，随后进行时效处理，185±5℃保温6h后，立即水冷（室温），得到铸淬时效态合金。

其中步骤（1）中所述的铸造铝硅合金具体化学成分（质量百分比）为：Si 7-8%，Cu 3-4%，Mg 0.3-0.4%，Mn 0.2-0.3%，Zn 0.4-0.5%，Fe≤0.35%，余为Al。

其中步骤（2）中所述的复合细化变质剂的化学成分按质量百分比计算，具体为：Ti为11-13%、Cr为8-9%、Ni为9-10%、Sr为8-9%、Ce为6-7%、La为6-7%、Nb为5-6%、Pr为3.5-4%、Er为3.5-4%、Eu为3.5-4%、Y为3-3.5%、Ba为3-3.5%、B为2.5-3%、Na为2-2.5%、V为1.5-2%、余为Al。

附图说明    

图1 磨损时间为3h时，载荷对不同处理后的多元铝硅合金质量磨损率的影响。

图2 磨损时间对不同处理后的多元铝硅合金质量磨损率的影响：（a）载荷为500N；（b）载荷为1000N。

具体实施方式