[发明专利]一种铝合金活塞材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝合金活塞材料及其制备方法。本发明通过调控Cu元素和Ni元素的添加比例，限定Cu/Ni为2.25～2.75，并加入适量Zr元素，精准控制高温耐热相和室温强化相的组成、形貌和面积百分数，同时降低材料组织中脆性相的数量，获得了综合性能优异的铝合金活塞材料。与现有技术相比，本发明提供的铝合金活塞材料350℃抗拉强度110MPa，350℃延伸率5％，350℃疲劳性能45MPa/1000万次，综合性能明显优于现有铝合金活塞材料，且热膨胀系数与现有材料相当，同时生产成本降低，特别适用于制备高爆发压力的内燃机活塞。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种高爆发压力22MPa、高燃烧室温度300℃的铝合金活塞材料及其制备方面。

背景技术

近年来，在汽车的“高速、轻量、安全”的发展潮流中，增压发动机、高速发动机等已越来越多地应用到汽车设计中，对发动机活塞材料室温性能、高温性能、耐磨性能、体积稳定性及疲劳性能均提出了越来越高的要求。近年来，活塞合金材料的重点研究方向为高温性能，忽视了活塞材料的其它使用性能，限制了活塞材料的应用和推广。目前，提高铝合金活塞材料的综合性能已经成为材料工作者一个新的研究方向。现有技术中，活塞合金的高温延伸率及疲劳性能不能满足活塞复杂的服役环境，因此，市场急需一款综合性能优异满足高爆发压力内燃机活塞服役性能要求且成本不高、利于推广的铝合金活塞材料。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种能够获得综合性能优异满足高爆发压力内燃机活塞服役性能要求且成本低的铝合金活塞材料制备方法。

本发明采用以下技术方案：

一种铝合金活塞材料，各组分的质量百分比为：Si:11.5～12.5％；Cu:3.5～4.5％；Ni:1.4～2.0％；Mg:1.3～2.0％；Zr:0.35～1.0％；Fe:0.25～0.35％；Mn：0.3～0.4％；Ti：0.1-0.3％；P：70～200ppm；其它杂质元素总量不超过0.2％，余量为Al；所述铝合金活塞材料包括Al₃CuNi、Al₇Cu₄Ni和AlSiZr(Ni)三种金属间化合物。

优选地，所述铝合金活塞材料的各组分的质量百分比为:Si：11.8～12.0％；Cu：3.7～4.2％；Ni：1.6～1.8％；Mg：1.4～1.7％；Zr：0.4～0.7％；其它杂质元素总量不超过0.2％；余量为Al。

优选的，所述铝合金活塞材料组分中Cu/Ni的范围为2.25～2.75；

优选的，所述Al₃CuNi、Al₇Cu₄Ni和AlSiZr(Ni)三种金属间化合物的面积百分数含量总和为17.2～20.3％。

本发明还提供一种制备铝合金活塞材料的方法，包括以下步骤：

1)按铝合金活塞材料中元素的质量百分数比分别称取原料工业Si块、纯Cu、Al10Ni、Al10Zr、Mn剂、Ti剂、纯Mg和工业纯Al锭和Al-4.5P中间合金；

2)设置炉温800℃，将纯Al锭、Al10Ni、Al10Zr放置于熔炼炉内熔化，铝液温度达到760℃时，保温30min；将工业硅块和纯Cu加入熔体中保温30min待其完全熔化；

3)将铝液温度保持为760℃，向铝液中加入Mn剂和Ti剂，搅拌，扒渣；

4)成分合格后，将铝液温度升高至800℃～850℃，加Al4.5P中间合金，搅拌，保温30～45min；Al4.5P中间合金的添加量为200～500ppm；

5)温度降至730℃，加入纯Mg，加入总投料量的0.2％的无钠精炼剂，通入Ar气，气体流量为0.2L/min～0.3L/min，除气15min～20min。除气完成后静置15～40min，取成分样，若成分不合格可以再调整；