[发明专利]一种耐热铸造铝合金活塞材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐热铸造铝合金活塞材料及其制备方法；该种耐热铸造铝合金活塞材料，各组分的质量百分比含量为：Si：13.0％～18.0％；Cu：4.0％～6.0％；Ni：2.50％～3.50％；Mg：0.60％～1.20％；Cr：0.20％～0.50％；Er：0.10％～0.30％；Zr：0.10％～0.50％；Ti：0.10％～0.20％；V：0.05％～0.20％；杂质元素≤0.30％；余量为Al；制备方法包括以下步骤(1)按组分配比配制原材料；(2)熔炼；(3)铸造；(4)热处理。该种铝合金活塞材料能缩小初晶硅尺寸以及增强耐热性能。

技术领域

本发明涉及铝合金材料，尤其涉及一种耐热铸造铝合金活塞材料。

背景技术

随着发动机功率密度的提高，活塞承受的燃烧压力和工作温度越来越高，对制备材料的耐热性能要求也越来越高。为满足高载荷柴油机对活塞材料耐热性能的要求，目前成熟的做法是采取钢顶铝裙的分体式活塞。但这种活塞偏重，市场上仍希望采用铝合金整体式活塞，并且要求铝合金活塞材料具有较高的室温性能和耐热性能，较低的热膨胀系数和较好的耐磨性能。

目前，国内外的活塞用铝合金材料主要为铝硅合金,如表1所示。这些铝合金材料主要通过添加Cu、Ni和Mg等元素进行强化，但它们存在的主要问题为：(1)初晶硅尺寸偏大，约为70微米；(2)耐热性能偏低，350℃抗拉强度约为80MPa。

表1国内外铝合金活塞材料的合金成分

在细化初晶硅方面，目前的解决措施主要包括：(1)采用磷盐、含磷中间合金对铝熔体进行变质处理，磷的添加量一般为0.002％～0.02％，并限制原材料、精炼剂中碱性杂质元素如Ca、Na等的含量，抑制其对磷变质效果的不利影响，一般要求铝合金中Ca＜0.003％，Na＜0.001％。(2)采用增加冷却速率的方式细化初晶硅，如挤压铸造、半连续铸造或在模具中增加水冷通道等。(3)铝合金熔体的超声处理。这些措施主要是从制备工艺上考虑，而没有从材料的成分上去考虑。

在提高耐热性能方面，目前的解决措施主要包括：(1)提高铝合金中Cu的含量，一般在3％～5％之间；(2)采取Zr、Ti、V、Co等微量元素进行改性，其添加量一般为0.05％～0.20％。这些措施对耐热性能的提升有限。

但是，目前缺乏一种同时有效解决上述两个问题的铸造铝合金活塞材料，希望初晶硅尺寸小于40微米，350℃抗拉强度大于90MPa。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种能同时细化初晶硅和提高耐热性的耐热铸造铝合金活塞材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种用于制造前述耐热铸造铝合金活塞材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该种耐热铸造铝合金活塞材料，各组分的质量百分比含量为：Si：13.0％～18.0％；Cu：4.0％～6.0％；Ni：2.50％～3.50％；Mg：0.60％～1.20％；Cr：0.20％～0.50％；Er：0.10％～0.30％；Zr：0.10％～0.50％；Ti：0.10％～0.20％；V：0.05％～0.20％；杂质元素≤0.30％；余量为Al。

本发明的杂质元素主要为Fe。

一种用于制备如前所述的耐热铸造铝合金活塞材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按组分配比配制原材料；

(2)熔炼；

(3)铸造；

(4)热处理。