一種柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法，該鋁合金型材各元素組成的質(zhì)量百分比為：Si12-15、Cu4.4-5.8、Ni2.7-3.4、Mg1.6-2.2、Ag1.2-1.8、Cr0.8-1.4、Mn0.5-0.7、Zr0.3-0.6、W0.25-0.45、Ti0.1-0.2、V005-0.15、Te0.04-0.08、Sc0.03-0.06、Y0.02-0.05、Lu0.01-0.03，余量為Al。本發(fā)明制得的鋁合金型材不但具有較好的導(dǎo)熱系數(shù)，而且具有較高的高溫抗拉強(qiáng)度，完全滿足柴油機(jī)活塞在高溫狀態(tài)所需的強(qiáng)度要求。
【專利說明】一種柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法，屬于鋁合金材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，因其密度低，強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗蝕性等性能，可加工成各種型材，廣泛用于機(jī)械制造、運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等方面。
[0003]目前，國家對內(nèi)燃機(jī)尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高，內(nèi)燃機(jī)的額定值、燃油經(jīng)濟(jì)性和耐久性等指標(biāo)不斷向強(qiáng)化方向發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷不斷提高，使得內(nèi)燃機(jī)傳遞動(dòng)力的鋁合金活塞的工作溫度越來越高，因此，對鋁合金活塞材料高溫抗拉強(qiáng)度的要求也越來越高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高的高溫抗拉強(qiáng)度和較好的導(dǎo)熱系數(shù)的柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種柴油機(jī)活塞用鋁合 金型材的制備方法，包括以下步驟:
(1)按照元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足下列要求:Si12-15、Cu 4.4-5.8、Ni 2.7-3.4, Mg
1.6-2.2、Ag 1.2-1.8、Cr 0.8-1.4、Mn 0.5-0.7、Zr 0.3-0.6、W 0.25-0.45、Ti 0.1-0.2、
V005-0.15、Te 0.04-0.08、Sc 0.03-0.06、Y 0.02-0.05、Lu 0.01-0.03，余量為 Al 進(jìn)行配料，將爐料投入熔煉爐在740-770°C下進(jìn)行熔煉，加待爐料全部熔化，攪拌20-30min，檢測合金成分并調(diào)整；然后加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉溫度為720-750°C，精煉時(shí)間為15-20min,扒渣后靜置25_35min，再調(diào)整溫度至710_730°C，鋁液中通70%N2+30%C0多元混合氣體除氣精煉15-20min，氣體壓力為0.16-0.22atm,氣體流量為1.5-2.0 m3/min，靜置20-30min，使氧化洛充分上浮，扒洛后開始澆鑄；
(2)采用金屬型水冷半連續(xù)鑄造技術(shù)，鋁液出爐溫度為705-715°C，鑄造溫度為685-7050C，鑄造速度為85-105 mm/min,冷卻水壓為0.35-0.45MPa，冷卻水進(jìn)水口溫度不高于25°C，出水口水溫不高于40°C ；
(3)將鑄坯進(jìn)行均勻化處理:先以120-160°C /h升溫至250-280°C，保溫3_4h，再以50-700C /h 升溫至 360-390°C，保溫 4_6h，然后以 60_80°C /h 降溫至 210_240°C，保溫 2_3h，再以 100-150°C /h 升溫至 465-485°C，保溫 4_8h，然后以 80-120°C /h 降溫至 220_250°C，保溫3-4h，放入0-5°C冰鹽水中冷卻至50°C以下，然后取出型材以120-160°C /h升溫至280-3200C，保溫 4-5h，再以 80-120°C /h 升溫至 490_510°C，保溫 5_10h，然后以 60_80°C /h降溫至340-360°C，保溫4-6h，強(qiáng)風(fēng)風(fēng)冷至室溫；
(4)將均勻化處理后的鑄錠加熱至455-475°C，然后利用擠壓機(jī)將預(yù)熱后的鑄錠放入模具中擠出成型，模具預(yù)熱溫度為430-450°C，擠壓筒預(yù)熱溫度420-440°C，擠壓速率為15_20m/min ；
(5)上述擠壓出來的鋁合金型材采用在線風(fēng)冷或水霧冷卻淬火，在線淬火后進(jìn)行時(shí)效處理:先以80-90°C /h升溫至165-185°C，保溫5-10h，再以30_40°C /h降溫至95-115°C，保溫8-12h，然后以40-50°C /h升溫至195-215°C，保溫4_8h，再以50_60°C /h降溫至80-100°C，保溫10-15h，空冷至室溫后以100-120°C /h升溫至180-200°C，保溫5_10h，，再以50-60°C /h降溫至70-90°C，保溫12_18h，空冷至室溫，經(jīng)表面處理、精整、檢查驗(yàn)收、包裝即得成品。
[0006]所述的精煉劑制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鎂10-15、氯化鉀15-20、高爐礦渣4-8、火山灰5-10、螢石3_6、苦菱土 4_8、廢磚粉3_6、石墨粉2_5、白云石8-12、硫化錳2-3、納米氧化鋁2-3、乙烯基三乙氧基硅烷0.5_1、三乙醇胺1_2 ；b.將螢石、苦菱土、白云石混合均勻，730-760°C煅燒2-3h，冷卻至室溫后放入濃度為15-20%的鹽酸溶液中浸泡l_2h，取出用蒸餾水洗滌至中性，烘干，1200-1250°C煅燒l_2h，冷卻至室溫，粉碎，過100-150目篩與高爐礦渣、火山灰、廢磚粉、石墨粉混合均勻，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2000-3000rpm高速研磨10_15min，待用；c.將氯化鎂和氯化鉀混合均勻，加熱至780-81 (TC，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min,噴射造粒，即得精煉劑。
[0007]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過提高Cu、Mg、Ni等元素的含量以及添加微量的Sc、Y、Lu稀土元微合金化作用，改善合金的組織結(jié)構(gòu)，細(xì)化晶粒，提高合金的高溫穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；本發(fā)明還向合金中加入適量的T1、W、V等元素與Al形成第二相粒子，通過第二相彌散強(qiáng)化作用和沉淀硬化作用進(jìn)一步提高合金在高溫下的變形抗力。本發(fā)明制得的鋁合金型材不但具有較好的導(dǎo)熱系數(shù)，而且具有較高的高溫抗拉強(qiáng)度，完全滿足柴油機(jī)活塞在高溫狀態(tài)所需的強(qiáng)度要求。
【具體實(shí)施方式】
[0008]一種柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法，包括以下步驟:
(1)按照元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足下列要求:Si12-15、Cu 4.4-5.8、Ni 2.7-3.4, Mg
1.6-2.2、Ag 1.2-1.8、Cr 0.8-1.4、Mn 0.5-0.7、Zr 0.3-0.6、W 0.25-0.45、Ti 0.1-0.2、
V005-0.15、Te 0.04-0.08、Sc 0.03-0.06、Y 0.02-0.05、Lu 0.01-0.03，余量為 Al 進(jìn)行配料，將爐料投入熔煉爐在760°C下進(jìn)行熔煉，加待爐料全部熔化，攪拌25min，檢測合金成分并調(diào)整； 然后加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉溫度為735°C，精煉時(shí)間為20min，扒渣后靜置30min，再調(diào)整溫度至720°C，鋁液中通70%N2+30%C0多元混合氣體除氣精煉18min，氣體壓力為0.18atm,氣體流量為2.0 m3/min，靜置30min，使氧化渣充分上浮，扒渣后開始澆鑄；
(2)采用金屬型水冷半連續(xù)鑄造技術(shù)，鋁液出爐溫度為710°C，鑄造溫度為690°C，鑄造速度為95 mm/min,冷卻水壓為0.4MPa，冷卻水進(jìn)水口溫度不高于25°C，出水口水溫不聞?dòng)?0°C ；
(3)將鑄坯進(jìn)行均勻化處理:先以140°C/h升溫至270°C，保溫3h，再以60°C /h升溫至380°C，保溫5h，然后以80°C /h降溫至220°C，保溫3h，再以120°C /h升溫至475°C，保溫6h，然后以100°C /h降溫至240°C，保溫4h，放入2°C冰鹽水中冷卻至50°C以下，然后取出型材以140°C /h升溫至290°C，保溫5h，再以100°C /h升溫至495°C，保溫10h，然后以70°C /h降溫至350°C，保溫5h，強(qiáng)風(fēng)風(fēng)冷至室溫；
(4)將均勻化處理后的鑄錠加熱至465°C，然后利用擠壓機(jī)將預(yù)熱后的鑄錠放入模具中擠出成型，模具預(yù)熱溫度為440°C，擠壓筒預(yù)熱溫度425°C，擠壓速率為18m/min ；
(5)上述擠壓出來的鋁合金型材采用在線風(fēng)冷或水霧冷卻淬火，在線淬火后進(jìn)行時(shí)效處理:先以90°C /h升溫至180°C，保溫8h，再以35°C /h降溫至105°C，保溫10h，然后以45°C/h升溫至21 (TC，保溫6h，再以60°C /h降溫至90°C，保溫12h，空冷至室溫后以120°C /h升溫至190°C，保溫8h，，再以55°C /h降溫至80°C，保溫16h，空冷至室溫，經(jīng)表面處理、精整、檢查驗(yàn)收、包裝即得成品。
[0009]所述的精煉劑制備方法如下:a.稱取以下重量(kg)的原料:氯化鎂14、氯化鉀16、高爐礦渣5、火山灰7、螢石4、苦菱土 6、廢磚粉4、石墨粉4、白云石12、硫化錳3、納米氧化鋁2、乙烯基三乙氧基硅烷0.7、三乙醇胺1.5 ；b.將螢石、苦菱土、白云石混合均勻，760°C煅燒2h，冷卻至室溫后放入濃度為15%的鹽酸溶液中浸泡2h，取出用蒸餾水洗滌至中性，烘干，1200°C煅燒2h，冷卻至室溫，粉碎，過150目篩與高爐礦渣、火山灰、廢磚粉、石墨粉混合均勻，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，3000rpm高速研磨lOmin，待用；c.將氯化鎂和氯化鉀混合均 勻，加熱至810°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20min，噴射造粒，即得精煉劑。
[0010]所得的鋁合金型材經(jīng)檢驗(yàn)其主要性能為:導(dǎo)熱系數(shù):184.2ff/(m.k)，抗拉強(qiáng)度(360 0C ): 126.7MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)按照元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足下列要求:Si12-15、Cu 4.4-5.8、Ni 2.7-3.4, Mg1.6-2.2、Ag 1.2-1.8、Cr 0.8-1.4、Mn 0.5-0.7、Zr 0.3-0.6、W 0.25-0.45、Ti 0.1-0.2、V 005-0.15、Te 0.04-0.08、Sc 0.03-0.06、Y 0.02-0.05、Lu 0.01-0.03，余量為 Al 進(jìn)行配料，將爐料投入熔煉爐在740-770°C下進(jìn)行熔煉，加待爐料全部熔化，攪拌20-30min，檢測合金成分并調(diào)整；然后加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉溫度為720-750°C，精煉時(shí)間為15-20min,扒渣后靜置25_35min，再調(diào)整溫度至710_730°C，鋁液中通70%N2+30%C0多元混合氣體除氣精煉15-20min，氣體壓力為0.16-0.22atm,氣體流量為1.5-2.0 m3/min，靜置20-30min，使氧化洛充分上浮，扒洛后開始澆鑄； (2)采用金屬型水冷半連續(xù)鑄造技術(shù)，鋁液出爐溫度為705-715°C，鑄造溫度為685-7050C ,鑄造速度為85-105 mm/min,冷卻水壓為0.35-0.45MPa，冷卻水進(jìn)水口溫度不高于25°C，出水口水溫不高于40°C ； (3)將鑄坯進(jìn)行均勻化處理:先以120-160°C/h升溫至250-280°C，保溫3_4h，再以50-700C /h 升溫至 360-390°C，保溫 4_6h，然后以 60_80°C /h 降溫至 210_240°C，保溫 2_3h，再以 100-150°C /h 升溫至 465-485°C，保溫 4-8h，然后以 80_120°C /h 降溫至 220_250°C，保溫3-4h，放入0-5°C冰鹽水中冷卻至50°C以下，然后取出型材以120-160°C /h升溫至280-3200C，保溫 4-5h，再以 80_120°C /h 升溫至 490_510°C，保溫 5_10h，然后以 60_80°C /h降溫至340-360°C，保溫4-6h，強(qiáng)風(fēng)風(fēng)冷至室溫； (4)將均勻化處理后的鑄錠加熱至455-475°C，然后利用擠壓機(jī)將預(yù)熱后的鑄錠放入模具中擠出成型，模具預(yù)熱溫度為430-450°C，擠壓筒預(yù)熱溫度420-440°C，擠壓速率為15_20m/min ； (5)上述擠壓出來的鋁合金型材采用在線風(fēng)冷或水霧冷卻淬火，在線淬火后進(jìn)行時(shí)效處理:先以 80-90°C /h 升溫至 `165-185°C，保溫 5-10h，再以 30_40°C /h 降溫至 95_115°C，保溫8-12h，然后以40-50 V /h升溫至195-215 °C，保溫4_8h，再以50-60 V /h降溫至80-100°C，保溫10-15h，空冷至室溫后以100-120°C /h升溫至180-200°C，保溫5_10h，，再以50-60°C /h降溫至70-90°C，保溫12_18h，空冷至室溫，經(jīng)表面處理、精整、檢查驗(yàn)收、包裝即得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)活塞用鋁合金型材的制備方法，其特征在于，所述的精煉劑制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鎂10-15、氯化鉀15-20、高爐礦渣4-8、火山灰5-10、螢石3-6、苦菱土 4-8、廢磚粉3_6、石墨粉2_5、白云石8_12、硫化錳2_3、納米氧化鋁2-3、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-1、三乙醇胺1-2 ；b.將螢石、苦菱土、白云石混合均勻，730-760°C煅燒2-3h，冷卻至室溫后放入濃度為15-20%的鹽酸溶液中浸泡l_2h，取出用蒸餾水洗滌至中性，烘干，1200-1250°C煅燒l_2h，冷卻至室溫，粉碎，過100-150目篩與高爐礦渣、火山灰、廢磚粉、石墨粉混合均勻，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺,2000-3000rpm高速研磨10_15min,待用；c.將氯化鎂和氯化鉀混合均勻，加熱至780-810°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min，噴射造粒，即得精煉劑。
【文檔編號(hào)】C22C1/06GK103725933SQ201310688462
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】吳賢春 申請人:蕪湖萬潤機(jī)械有限責(zé)任公司