[发明专利]一种用于柴油机缸盖的高韧高导三组元合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于柴油机缸盖的高韧高导三组元合金及制备方法，高韧高导三组元合金，以原子数百分比含量计，包括：Fe:30％～50％、Ni:35.7％～50％、Al:14.3％～20％；高韧高导三组元合金的制备方法：将纯度≥99.99％的工业纯铁毫米级锭子、纯铝毫米级锭子、纯镍毫米级锭子放入真空电弧熔炼炉模具内反复熔炼10次；本发明经过真空电弧熔炼所得的合金主要有三种组织构成，分别是具有良好导热性能的具有B2结构的NiAl金属相化合物相和具有良好强韧性的具有奥氏体结构的FeNi基固溶体相；同时，组织中还有少量的晶粒尺寸为纳米尺度的FeAl金属间化合物相存在；该种三元复相结构可在获得良好导热性能的基础上显著实现合金的高拉伸强度和塑性。

技术领域

本发明属于柴油机缸盖周边零件材料领域，尤其涉及一种用于柴油机缸盖的高韧高导三组元合金及制备方法。

背景技术

多主元合金通常包含中熵合金和高熵合金。相比于钢铁、铝合金、铜合金等应用广泛的传统低熵合金材料，中熵合金和高熵合金由于主体组元数量较多而表现出显著的晶格畸变效应，这进一步导致其具有优异的强韧性。所以，在单纯作为结构材料方面，中熵合金和高熵合金具有极高的应用潜力和价值。然而，这种多主元合金所具有的显著的晶格畸变效应会对电子传输途中产生强烈的散射效果，导致其导热性能很差。因而，中熵或者高熵合金很难作为一种兼具优良强韧性和导热性能的合金被使用在诸如高性能发动机缸盖等结构功能一体化的机械零部件上面。

现役柴油机缸盖多用合金灰铸铁或蠕墨铸铁制造，室温条件下主要性能指标如表1所示。

表1现有车辆柴油机缸盖主要性能对比

对比发现，几种现役发动机铸铁缸盖通常具有良好的导热性能，但是它们的抗拉强度和延伸率普遍较低，较低的拉伸力学性能限制了以上几种铸铁合金材料在新一代高性能发动机缸盖结构上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于柴油机缸盖的高韧高导三组元合金及制备方法，以解决现有柴油机缸盖材料的抗拉强度和延伸率普遍较低的问题。

本发明采用以下技术方案：一种用于柴油机缸盖的高韧高导三组元合金，以原子数百分比含量计，包括：Fe:30％～50％、Ni:35.7％～50％、Al:14.3％～20％。

进一步地，以原子数百分含量计，包括Fe:40％、Ni:42.9％、Al:17.1％。

进一步地，高韧高导三组元合金的组织结构为奥氏体以及具有B2结构的NiAl和FeAl相，且密度为：7.18～7.78g/cm³，抗拉强度为：565～1279MPa，延伸率为：10.8～57.9％，导热率为：10.29～31.78W/(m·K)。

一种用于柴油机缸盖的高韧高导三组元合金的制备方法，将纯度≥99.99％的工业纯铁毫米级锭子、纯铝毫米级锭子、纯镍毫米级锭子放入真空电弧熔炼炉模具内反复熔炼10次，

熔炼条件为：

真空度≤5.0×10^-3Pa，

电流先由80A增加至450A，电流增加速率为每5分钟50A，并在电流强度为50A时保持5分钟，继而由450A降低到80A，电流降低速率为20A/min，最后断电冷却即可。

本发明的有益效果是：本发明经过真空电弧熔炼所得的合金主要有三种组织构成，分别是具有良好导热性能的具有B2结构的NiAl金属相化合物相和具有良好强韧性的具有奥氏体结构的FeNi基固溶体相；同时，组织中还有少量的晶粒尺寸为纳米尺度的FeAl金属间化合物相存在；该种三元复相结构可在获得良好导热性能的基础上显著实现合金的高拉伸强度和塑性。

附图说明