[发明专利]铝合金、制造发动机组件的方法、发动机组件以及铝合金用以制造发动机组件的用途

说明书

本发明涉及：一种铝合金、特别是铸铝合金；一种用于制造发动机组件、特别是内燃机用活塞的方法，其中铝合金使用重力压铸法铸造；一种发动机组件、特别是内燃机用活塞，其至少部分地由铝合金组成；以及铝合金用以制造发动机组件、特别是内燃机用活塞的用途。所述铝合金由以下合金元素组成：硅：10重量％至13重量％，镍：至0.6重量％，铜：1.5重量％至3.6重量％，镁：0.5重量％至1.5重量％，铁：0.1重量％至0.7重量％，锰：0.1至0.4重量％，锆：0.1至0.3重量％，钒：0.08至0.2重量％，钛：0.05至0.2重量％，磷：0.0025至0.008重量％，以及作为余量的铝和不可避免的杂质。

技术领域

本发明涉及：一种铝合金、特别是铸铝合金(cast aluminum alloy)；一种用于制造发动机组件、特别是内燃机用活塞的方法，其中铝合金使用重力压铸法(gravity diecasting method)铸造；一种至少部分地由铝合金组成的发动机组件；以及铝合金用以制造这样的发动机组件的用途。

背景技术

近年来，特别是对经济和生态的运输工具的需求日益增长，这些运输工具必须满足高的消耗要求和排放要求。此外，始终需要将发动机设计成尽可能高的性能和尽可能低的消耗。可以在越来越高的燃烧温度和燃烧压力下使用的活塞，是开发高性能和低排放内燃机的决定性因素，这些活塞本质上可以通过越来越高性能的活塞材料实现。这意味着活塞材料和开发越来越高性能的活塞用材料具有决定性的重要性。

内燃机用活塞从根本上必须具有高的耐热性，并且必须同时尽可能轻和坚固。在保持或者甚至改善活塞性能的情况下降低活塞重量是特别希望的。在这方面，如何配置微观结构分布、形态、组成以及高耐热相的热稳定性是特别重要的。关于这方面的优化通常会考虑孔和氧化物夹杂物的最小含量。

广受欢迎的、有利的活塞材料必须在等温疲劳强度(“高循环疲劳”HCF)方面和热机械疲劳强度(“热机械疲劳”TMF)方面被优化。为了尽可能最佳地配置TMF性能，应该始终以材料的最精细的可能的微观结构为目标。精细的微观结构降低了在相对大的初生相(primary phase)处(特别是在初生硅沉淀物处)出现微塑性或微裂纹的风险，因此也降低了裂纹萌生和裂纹扩展的风险。

在TMF应力下，由于合金的各个组分，即基质和初生相，的膨胀系数不同，在相对大的初生相处，特别是在初生硅沉淀物处，会出现微塑性和/或微裂纹，它们会显著地降低活塞材料的寿命。为了增加TMF-HCF寿命，保持初生相尽可能小且精细是已知的。

特别是高合金，近共晶的或过共晶的铝/硅合金在高工作温度下具有良好的机械性能。在这个方面，针对初生硅和所生成的金属间相，相尺寸必须受到限制。

在这个方面，DE 10 2011 083 969 A1公开了一种用于制造发动机组件的方法，特别是用于制造内燃机用活塞的方法，其中使用重力压铸法铸造铝合金。铝合金包含以下合金元素：硅：6重量％至10重量％，镍：1.2重量％至2重量％，铜：8重量％至10重量％，镁：0.5重量％至1.5重量％，铁：0.1重量％至0.7重量％，锰：0.1重量％至0.4重量％，锆：0.2重量％至0.4重量％，钒：0.1重量％至0.3重量％，钛：0.1重量％至0.5重量％。这里，为了制造高耐热性合金，需要高浓度的昂贵元素铜。

类似地，对于可承受高热应力的发动机组件，常规的铸铝合金通常需要作为强度增加合金元素(strength-increasing alloying element)的合金元素铜和镍的总和在5重量％至7重量％之间，以及11重量％至13重量％的硅。相对大量的昂贵且重的元素铜和镍的添加尤其增加了活塞材料的密度，并且因此增加了活塞的重量。因此，鉴于上述努力，有必要找到一种在重量、强度和成本之间的折中方案。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种铝合金，该铝合金可以通过重力压铸法铸造，具有低密度，但仍然包含增加比例的精细分散的、高耐热的、热稳定的相。