[发明专利]一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料，由下列重量百分含量的元素组成：锆Zr为0.2～2％，钇Y为6％～13％，铁Fe为0.5％～3％，硅Si0.8％～2％，镁Mg0.1％～0.3％，钛Ti为0.05％～0.08％，硼B为0.01％～0.15％，其余为Al。本发明还提供了一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料的制备方法。本发明耐热铝合金具有良好的铸造性能与力学性能，抗拉强度达到330MPa。该材料还具有良好的耐热性能，耐热实验表明，在280℃下加热1小时后，强度不降反升；在400℃加热1小时后，强度保持不变。

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机活塞用耐热铝合金，具体涉及了一种高强度耐热铝合金活塞材料及其制备方法，属于汽车发动机制造领域。

背景技术

铝合金具有密度小，比强度高，弹性好，抗冲击性能好，耐腐蚀，高导热，易表面着色，可回收等优良特性，广泛应用在航空航天，交通运输，能源动力等行业。尤其是汽车行业，随着汽车轻量化技术的发展，以高性能铝合金替代汽车中传统的铸铁部件，是目前汽车轻量化的主要手段。汽车发动机活塞的工作温度一般要求230℃以上，而且必须具有良好的冲击韧性与疲劳性能。因此急需开发一种耐高温的铝合金材料，以满足汽车发动机活塞的性能要求。

经检索发现，申请号为201310348355.5，该专利公开一种发动机活塞用铝合金及其制备方法，该合金各元素按质量百分比组成为：Si8.5-12.5、Cu1.8-2.4、Mg0.6-1.2、Ni1.2-1.6、Zn0.15-0.25、Mn0.1-0.2、Zr0.4-0.8、Cr0.05-0.1、Fe0.03-0.05、Ti0.04-0.08、B0.01-0.02、Li0.025-0.035、In0.02-0.03、Bi0.015-0.025、La0.04-0.06、Tm0.02-0.04、余量为铝。该专利以Si、Cu、Ni、Mg等作为主合金化元素，B、Li、In、Bi、La、Tm等作为微合金化元素，发挥了各元素的作用，实现了合金化效果，提高了合金的机械强度、耐磨性、高温和尺寸稳定性等性能，能够满足大功率发动机活塞对更高机械负荷和热负荷活塞材料的需求。

但是上述专利成分复杂，大规模工业生产时，往往不能很好地控制其成分，增加了实际生产的操作难度。另外各元素之间往往会产生复杂的交互作用，成分波动对材料的性能会产生何种影响，其结果是不可预料的。另主要添加元素是Si，Cu，Mg，Ni，Zr，其原理是依靠热处理所产生的析出强化来进一步提高材料的强度。因Mg，Si所产生的析出强化效果在高温下是不稳定的，易发生分解，所以加入了Zr元素，来进一步提高合金的耐热性。但是Zr在Al中易产生严重地偏析，形成无偏析带，对力学性能造成了不利的影响。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料及其制备方法，该铝合金具有良好的铸造性能、力学性能以及耐热性能。

根据本发明的一个方面，提供一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料，由下列重量百分含量的元素组成：锆Zr为0.2～2％，钇Y为6％～13％，铁Fe为0.5％～3％，硅Si0.8％～2％，镁Mg0.1％～0.3％，钛Ti为0.05％～0.08％，硼B为0.01％～0.015％，其余为Al。

优选地，所述铝合金材料由下列重量百分含量的元素组成：锆Zr为1～2％，钇Y为10％～13％，铁Fe为2％～3％，硅Si 0.8％～2％，镁Mg0.1％～0.3％，钛Ti为0.05％～0.08％，硼B为0.01％～0.15％，其余为Al。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料的制备方法，该方法如下：按照化学计量比配制合金原材料、将原材料放入熔炼炉中、升温除气熔炼、造渣、除渣、最后经浇注形成Y型铸锭。

具体地，所述方法包括如下步骤：

将工业纯铝锭放入熔炼炉中熔化，并控制铝液温度在720℃～750℃之间；