本發(fā)明涉及鋁合金，尤其涉及一種擠壓鑄造用鋁合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零件之一，有發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”之稱(chēng)；活塞承受燃?xì)鈮毫?，并且通過(guò)活塞銷(xiāo)將能量傳給連桿驅(qū)動(dòng)曲軸運(yùn)動(dòng)，因而活塞的設(shè)計(jì)是決定發(fā)動(dòng)機(jī)整體質(zhì)量的重要因素。目前隨著柴油機(jī)升功率和燃爆壓力等技術(shù)指標(biāo)不斷提升，活塞的工作環(huán)境變得相當(dāng)惡劣，同時(shí)承受著高壓、高速、高溫的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。在此工作環(huán)境中的活塞對(duì)其材料具有特殊的要求，活塞材料需具有密度小、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性好、吸熱性差、熱膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)，并具有足夠的高溫強(qiáng)度、耐磨和耐蝕性能及好的尺寸穩(wěn)定性；另外還應(yīng)具有成形及加工性能好、成本低廉的特點(diǎn)。

2、目前，國(guó)內(nèi)外柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞采用重力鑄造成型，其活塞材料大多采用共晶al-si合金，代表性的al-si合金活塞材料牌號(hào)為zl109(成分如表1所示)。為了進(jìn)一步提高zl109活塞材料的耐熱性能，對(duì)zl109進(jìn)行了成分優(yōu)化，提高cu、ni等強(qiáng)化元素含量，完善活塞合金alsicumgni材料(成分如表2所示)。

3、表1zl109材料的成分?jǐn)?shù)據(jù)表(wt％)

4、 si cu mg ni fe al 11～13 0.5～1.5 0.4～0.6 0.8～1.5 ≤0.5 余量

5、表2alsicumgni材料的成分?jǐn)?shù)據(jù)表(wt％)

6、 si cu mg ni fe al 11～13 3.5～5 0.6～1.2 1.5～3 ≤0.5 余量

7、隨著科技的發(fā)展，車(chē)輛輕量化、高機(jī)動(dòng)性和高可靠性對(duì)柴油機(jī)高功率和高爆壓等技術(shù)提出了更高的要求，活塞將在更高溫度和更高摩擦磨損條件下工作，承受更高熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。傳統(tǒng)活塞材料已無(wú)法滿(mǎn)足柴油機(jī)高技術(shù)指標(biāo)要求，因此開(kāi)發(fā)高性能的活塞材料已是必然趨勢(shì)。

8、zl109活塞材料和alsicumgni活塞材料最主要缺點(diǎn)是上述活塞材料無(wú)法承受400℃及以上工況溫度，活塞極易產(chǎn)生疲勞裂紋，同時(shí)活塞無(wú)法保證高轉(zhuǎn)速條件下的可靠性，即上述活塞材料的耐熱性、高強(qiáng)度、高抗疲勞性能、高耐磨性等性能不足。

9、為了提高活塞材料性能，國(guó)內(nèi)外活塞企業(yè)相繼將al2o3纖維應(yīng)用到活塞上，其以alsicumgni材料為基體材料，由此，活塞的耐磨損性、尺寸穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度等得到一定提高，然而al2o3纖維會(huì)使活塞材料產(chǎn)生各向異性，還存在與鋁液結(jié)合困難、機(jī)械加工困難、制備成本高等問(wèn)題，因此，上述活塞材料也一直未能實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種擠壓鑄造用鋁合金材料及其制備方法，本技術(shù)提供的擠壓鑄造用鋁合金材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高彈性模量和高耐磨性。

2、有鑒于此，本技術(shù)提供了一種擠壓鑄造用鋁合金材料，以質(zhì)量百分計(jì)，包括：

3、si6.5～11.5％，ni?2.1～3.7％，cu1.2～2.3％，mg?0.4～0.8％，zr0.08～0.15％，sr?0.015～0.035％，fe≤0.7％，還包括b、ti、al2o3和余量的al；

4、以b、ti、al2o3的含量分別為x、y、z計(jì)，其中x為0.15～0.3％，y為0.02～0.06％，且滿(mǎn)足以下關(guān)系：9.5x+1.7y+0.1≤z≤13x+2.1y+0.4。

5、優(yōu)選的，z＝1.6～4.2％。

6、本技術(shù)還提供了所述的鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：

7、s1)將鈦粉、硼粉和納米氧化鋁粉末進(jìn)行混合，干燥后得到混粉；

8、s2)將硅原料、銅原料、鎳原料、鋁原料和鋯原料按照比例配料后熔化再加入所述混粉，得到合金熔體；

9、s3)將所述合金熔體除氣同時(shí)加入鎂原料和鋁鍶合金，再進(jìn)行精煉；

10、s4)將精煉后的合金熔體進(jìn)行打渣，得到鋁水；

11、s5)將所述鋁水進(jìn)行電磁攪拌，再進(jìn)行擠壓鑄造，得到擠壓鑄造用鋁合金材料。

12、優(yōu)選的，所述擠壓鑄造之后還包括：

13、將得到的鋁合金材料先進(jìn)行固溶工藝再進(jìn)行時(shí)效工藝；

14、所述固溶工藝的溫度為500～600℃，時(shí)間為5～10h，冷卻介質(zhì)為75～100℃熱水；

15、所述時(shí)效工藝的溫度為200～300℃，時(shí)間為8～10h，冷卻介質(zhì)為空氣。

16、優(yōu)選的，步驟s1)中，所述混合采用剛玉陶瓷罐回轉(zhuǎn)式混粉，所述混合加入碳化硅陶瓷球，所述碳化硅陶瓷球的質(zhì)量和所述鈦粉、所述硼粉和所述納米氧化硅粉末的總質(zhì)量的比例為(0.7～2.2)：1；所述剛玉陶瓷罐的轉(zhuǎn)速為100～150r/min，所述混合的時(shí)間為8～10h；所述干燥的溫度為120～160℃，時(shí)間為4～10h。

17、優(yōu)選的，步驟s2)中，所述配料的順序依次為：硅原料、部分鋁原料、鎳原料、銅原料和鋁鋯合金；

18、在所述熔化的過(guò)程中，在400～500℃保溫30～60min加入另一部分鋁原料；

19、所述混粉的加入時(shí)機(jī)為熔體溫度為700～750℃；

20、所述混粉加入后待熔體升溫至800～880℃，保溫1～2h。

21、優(yōu)選的，所述除氣的開(kāi)始溫度為750～780℃，所述除氣的轉(zhuǎn)子速度為380～460r/min；所述精煉的時(shí)間為8～15min，氬氣流量為0.4～0.6m3/h。

22、優(yōu)選的，所述打渣的打渣劑的加入量為合金熔體總重量的0.5～1.5％。

23、優(yōu)選的，所述電磁攪拌的溫度為650～690℃，所述電磁攪拌的時(shí)間為15～30min，攪拌頻率為2.5～3.5hz，攪拌強(qiáng)度為40％～60％，正反換向時(shí)間為25～35s/次；所述電磁攪拌的鋁水表面流動(dòng)速度為0.4～1.0m/s，底部流動(dòng)速度為0.7～1.5m/s。

24、優(yōu)選的，所述擠壓鑄造的壓力為300～600bar，保壓時(shí)間為10～20s，所述擠壓鑄造的模具溫度為150～250℃，所述擠壓鑄造的鋁水澆注溫度為600～750℃。

25、本技術(shù)提供了一種擠壓鑄造用鋁合金材料的制備方法，其首先將鈦粉、硼粉和納米氧化鋁粉末進(jìn)行混合，干燥后得到混粉；再將各種原料按照比例配料后熔化并加入上述混粉，得到合金熔體；然后進(jìn)行除氣并加入鎂原料和鋁鍶合金，進(jìn)行精煉；在精煉之后打渣得到鋁水，鋁水進(jìn)行電磁攪拌后進(jìn)行擠壓鑄造，即得到擠壓鑄造用鋁合金材料；在制備鋁合金材料的過(guò)程中，本技術(shù)直接向熔化后的鋁液中添加鈦粉、硼粉和納米氧化鋁粉末的混粉，并利用電磁攪拌使得納米氧化鋁粉末均勻彌散分布于鋁基體中，并結(jié)合擠壓鑄造工藝，原位自生成的alb2和tib2降低了氧化鋁顆粒對(duì)基體合金的缺陷敏感性，同時(shí)在擠壓作用下有效增強(qiáng)氧化鋁顆粒和鋁基體的界面結(jié)合能力，由此得到了具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高彈性模量以及高耐磨性的鋁合金材料；該鋁合金材料可用于制備活塞，滿(mǎn)足高性能活塞在高溫高轉(zhuǎn)速條件下的使用需求。