專利名稱：活塞用復(fù)合鋁合金及其生產(chǎn)工藝的制作方法
〖技術(shù)領(lǐng)域〗本發(fā)明涉及金屬冶煉領(lǐng)域，特別是屬于一種用于制作活塞的復(fù)合鋁合金及其生產(chǎn)工藝。
〖背景技術(shù)〗活塞是發(fā)動機(jī)的核心部件，它的工作環(huán)境極為惡劣，隨著發(fā)動機(jī)向低油耗、低噪音、低排放目標(biāo)的發(fā)展，對活塞的可靠性要求也越來越高。在實(shí)際生產(chǎn)中，活塞原材料主要是以鑄造鋁合金ZL108、ZL109為主，其中ZL109材料主要用于高性能發(fā)動機(jī)活塞。由于汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，高性能發(fā)動機(jī)活塞需求量大大提高，對ZL109材料的需求也水漲船高，但鎳的短缺，成了廣泛應(yīng)用ZL109材料的一個制約條件。目前，有關(guān)生產(chǎn)廠家開始針對此問題進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)和研究，但也僅限于降低成本的研究，并不能全面解決上述問題，機(jī)械性能降低、工藝可靠性差，尚不能有效有效替代ZL109材料。
絕大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)活塞都采用具有低膨脹系數(shù)的共晶鋁硅合金鑄造，添加硅能降低鋁的熱膨脹系數(shù)，還使合金具有好的鑄造性能、好的機(jī)加工性能、好的耐磨耐蝕性能。添加少量的銅、錳、鎳能提高合金機(jī)械性能，鎳還有降低熱膨脹系數(shù)的作用。鎂有彌散強(qiáng)化作用。鈦可使晶粒細(xì)化。但是，隨著國際能源緊張，原材料價格的上漲，特別是鎳價格猛漲，已大大增加了活塞生產(chǎn)制造的成本。并且隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)越來越先進(jìn)，對活塞的質(zhì)量要求越來越高，目前現(xiàn)有鋁合金材料已不能滿足制造需求。
〖發(fā)明內(nèi)容〗本發(fā)明的目的即在于提供一種活塞用復(fù)合鋁合金及其生產(chǎn)工藝，替代現(xiàn)有材料，以達(dá)到降低制造成本，提高活塞機(jī)械性能的目的。
本發(fā)明所公開的活塞用復(fù)合鋁合金，其特征在于，各組份的配比(占總重量的百分比)為硅(Si)11％-13％；鎂(Mg)0.5％-0.9％；鎳(Ni)0.4％-0.7％；錳(Mn)0.4％-0.7％；銅(Cu)1.1％-1.7％；鐵(Fe)0.3％-0.7％；鈦(Ti)0.01％-0.15％；鋅(Zn)0.15％-0.2％；余量為鋁(Al)。
本發(fā)明所公開的活塞用復(fù)合鋁合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下步驟1)原材料準(zhǔn)備收集回收活塞鋁，即使用后更換下的舊活塞重新回收利用；收集回爐料，即活塞毛坯加工過程中切除的澆冒口料和活塞機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的鋁屑重熔成鋁錠；外購鋁錠；外購中間合金Al-12Si合金、Al-10Mg合金、Al-10Mn合金、Al-10Ni合金，作為添加硅、鎂、錳、鎳的來源；取上述回收活塞鋁、回爐料、外購鋁錠作為爐料；其中，各種爐料占總重量的百分比為回收活塞鋁20％-40％、回爐料30％-50％、外購鋁錠20％-40％；2)熔煉將各種爐料去除灰塵、雜物，置于爐面預(yù)熱，保證加入的爐料無水份；按回爐料、外購鋁錠、回收活塞鋁的順序?qū)⒏鞣N爐料加入熔化爐中；使?fàn)t料快速熔化，控制鋁液溫度為600℃-850℃；待各種爐料熔化后，撈取爐渣及鐵，然后放至緊鄰的保溫爐中，并升溫至800±5℃；爐前進(jìn)行光譜分析，添加中間合金以調(diào)整其化學(xué)成分；所述的中間合金中，Al-12Si合金、Al-10Mg合金、Al-10Mn合金、Al-10Ni合金分別的添加量，根據(jù)本發(fā)明所公開的活塞用復(fù)合鋁合金中硅、鎂、錳、鎳的含量計(jì)算；將溫度升至820±5℃，用轉(zhuǎn)運(yùn)包轉(zhuǎn)移到電阻爐保溫坩堝中，以待變質(zhì)精煉；3)變質(zhì)處理將預(yù)先配制好的變質(zhì)劑用鐘形罩對熔液進(jìn)行變質(zhì)處理；變質(zhì)溫度765±5℃；每坩堝(150Kg)加入變質(zhì)劑480±20克；變質(zhì)時間控制在5～10分鐘，至變質(zhì)劑與鋁液無劇烈反應(yīng)時為止；4)精煉變質(zhì)完畢后將預(yù)先配制好的精煉劑(每包500±20克)用鐘形罩對熔液進(jìn)行精煉處理；每坩堝(150Kg)加入精煉劑500±20克；用鐘形罩將精煉劑壓入坩堝的中下部進(jìn)行除氣精煉，精煉時間控制在6～12分鐘，直至反應(yīng)完畢，沒有氣泡產(chǎn)生為止；加入清渣劑500±20克，清除合金的熔渣，然后反復(fù)搓揉，去除渣灰，然后靜置10～15分鐘。
普通AlSi12CuMgNi型合金中存在一系列雜質(zhì)元素。鐵的存在導(dǎo)致針狀A(yù)l-Si-Fe化合物的形成，使合金脆性增加。加Mn能使該針狀化合物轉(zhuǎn)變成魚骨狀A(yù)l-Fe-Mn-Si相，降低脆性傾向，并且該相還能顯著提高高溫強(qiáng)度。但如果完全以Mn代替Ni，則會出現(xiàn)活塞體積穩(wěn)定性變差、不耐磨、易拉缸，活塞壽命縮短等現(xiàn)象，Ni的存在能明顯的降低熱膨脹系數(shù)，并增強(qiáng)耐磨性，再通過合理的熔煉工藝，使活塞的抗拉強(qiáng)度、金相組織、體積穩(wěn)定性等各項(xiàng)性能指標(biāo)均有所提高，并且能提高合金的流動性、成型率、鑄造出品率、機(jī)械加工工藝性能等。綜上所述，本發(fā)明所公開的活塞用復(fù)合鋁合金，具有良好的物理特性，能夠替代現(xiàn)有材料，本發(fā)明所公開的活塞用復(fù)合鋁合金的生產(chǎn)工藝，充分利用了回收活塞鋁和回爐料，使資源得以回收利用?？傊?，本發(fā)明具有降低制造成本，提高活塞機(jī)械性能的積極效果。
〖具體實(shí)施方式
〗根據(jù)本發(fā)明所公開的活塞用復(fù)合鋁合金的生產(chǎn)工藝，取回收活塞鋁1204Kg；回爐料A，即活塞毛坯加工過程中切除的澆冒口料796Kg；回爐料B，即活塞機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的鋁屑重熔成鋁錠802Kg；外購鋁錠1198Kg。去除灰塵、雜物后，置于爐面預(yù)熱，保證加入的爐料無水份。
按回爐料A、回爐料B、外購鋁錠、回收活塞鋁的順序?qū)⒏鞣N爐料加入熔化爐中，加入爐料時防止被濺起的金屬液燙傷。使?fàn)t料快速熔化，控制鋁液溫度為600℃-850℃。在熔煉過程中，盡量少攪動，以減少氣體的溶解量。待各種爐料熔化后，將爐渣及鐵撈凈，然后放至緊鄰的保溫爐中，并升溫至800℃。
爐前進(jìn)行光譜分析，此合金主要化學(xué)成分如下硅(Si)12.58％；鎂(Mg)0.75％；鎳(Ni)0.45％；錳(Mn)0.58％；銅(Cu)1.41％；鐵(Fe)0.48％；鈦(Ti)0.02％；鋅(Zn)0.16％。各元素含量在要求范圍之內(nèi)，無需添加中間合金調(diào)整化學(xué)成分。
將溫度升至820℃，用轉(zhuǎn)運(yùn)包轉(zhuǎn)移到電阻爐保溫坩堝中，將預(yù)先配制好的變質(zhì)劑用鐘形罩對熔液進(jìn)行變質(zhì)處理；變質(zhì)溫度765℃；每坩堝(150Kg)加入變質(zhì)劑480克；變質(zhì)時間約8分鐘，變質(zhì)劑與鋁液無劇烈反應(yīng)時為止。
變質(zhì)完畢后將預(yù)先配制好的精煉劑用鐘形罩對熔液進(jìn)行精煉處理；每坩堝(150Kg)加入精煉劑500克；用鐘形罩將精煉劑壓入坩堝的中下部進(jìn)行除氣精煉，精煉時間約10分鐘，直至沒有氣泡產(chǎn)生為止。再加入清渣劑500克，清除合金的熔渣，然后反復(fù)搓揉，去除渣灰，然后靜置12分鐘，即得到本發(fā)明所公開的活塞用復(fù)合鋁合金。
對上述活塞用復(fù)合鋁合金進(jìn)行四組測試，得到的結(jié)果如下
測試項(xiàng)目測試結(jié)果Si Mg Mn Cu Ni Ti Zn Fe化學(xué)成分12.58 0.75 0.58 1.41 0.45 0.02 0.16 0.48高溫抗拉強(qiáng)度115MPa、118Mpa、120MPa、126MPa常溫抗拉強(qiáng)度235MPa、245MPa、240MPa、240MPaα-固溶體細(xì)小，共晶硅呈短條狀，部分呈小塊狀，顯微組織初晶硅(邊長≤0.04mm)呈小塊狀，分布均勻，Al-Fe-Mn-Si相呈魚骨狀宏觀組織孔洞集中較輕微，最大孔洞直徑≤0.20mm硬度118HBS、120HBS、122HBS、122HBS
權(quán)利要求
1.一種活塞用復(fù)合鋁合金，其特征在于，各組份的配比(占總重量的百分比)為硅(Si)11％-13％；鎂(Mg)0.5％-0.9％；鎳(Ni)0.4％-0.7％；錳(Mn)0.4％-0.7％；銅(Cu)1.1％-1.7％；鐵(Fe)0.3％-0.7％；鈦(Ti)0.01％-0.15％；鋅(Zn)0.15％-0.2％；余量為鋁(Al)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞用復(fù)合鋁合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下步驟1)原材料準(zhǔn)備收集回收活塞鋁，即使用后更換下的舊活塞重新回收利用；收集回爐料，即活塞毛坯加工過程中切除的澆冒口料和活塞機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的鋁屑重熔成鋁錠；外購鋁錠；外購中間合金Al-12Si合金、Al-10Mg合金、Al-10Mn合金、Al-10Ni合金，作為添加硅、鎂、錳、鎳的來源；取上述回收活塞鋁、回爐料、外購鋁錠作為爐料；其中，各種爐料占總重量的百分比為回收活塞鋁20％-40％、回爐料30％-50％、外購鋁錠20％-40％；2)熔煉將各種爐料去除灰塵、雜物，置于爐面預(yù)熱，保證加入的爐料無水份；按回爐料、外購鋁錠、回收活塞鋁的順序?qū)⒏鞣N爐料加入熔化爐中；使?fàn)t料快速熔化，控制鋁液溫度為600℃-850℃；待各種爐料熔化后，撈取爐渣及鐵，然后放至緊鄰的保溫爐中，并升溫至800±5℃；爐前進(jìn)行光譜分析，添加中間合金以調(diào)整其化學(xué)成分；所述的中間合金中，Al-12Si合金、Al-10Mg合金、Al-10Mn合金、Al-10Ni合金分別的添加量，根據(jù)硅、鎂、錳、鎳的含量計(jì)算；將溫度升至820±5℃，用轉(zhuǎn)運(yùn)包轉(zhuǎn)移到電阻爐保溫坩堝中，以待變質(zhì)精煉；3)變質(zhì)處理將預(yù)先配制好的變質(zhì)劑用鐘形罩對熔液進(jìn)行變質(zhì)處理；變質(zhì)溫度765±5℃；每150千克熔液加入變質(zhì)劑480±20克；變質(zhì)時間控制在5～10分鐘，至變質(zhì)劑與鋁液無劇烈反應(yīng)時為止；4)精煉變質(zhì)完畢后將預(yù)先配制好的精煉劑用鐘形罩對熔液進(jìn)行精煉處理；每150千克加入精煉劑500±20克；精煉時間控制在6～12分鐘，直至反應(yīng)完畢，沒有氣泡產(chǎn)生為止；加入清渣劑500±20克，清除合金的熔渣，然后反復(fù)搓揉，去除渣灰，然后靜置10～15分鐘。
全文摘要
活塞用復(fù)合鋁合金及其生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的活塞用復(fù)合鋁合金各組份的配比(占總重量的百分比)為硅(Si)11％－13％；鎂(Mg)0.5％－0.9％；鎳(Ni)0.4％－0.7％；錳(Mn)0.4％－0.7％；銅(Cu)1.1％－1.7％；鐵(Fe)0.3％－0.7％；鈦(Ti)0.01％－0.15％；鋅(Zn)0.15％－0.2％；余量為鋁(Al)。具有良好的物理特性，能夠替代現(xiàn)有材料，以節(jié)約成本。所述的活塞用復(fù)合鋁合金的生產(chǎn)工藝包括原材料準(zhǔn)備、熔煉、變質(zhì)處理、精練等步驟，充分利用了回收活塞鋁和回爐料，使資源得以回收利用。總之，本發(fā)明具有降低制造成本，提高活塞機(jī)械性能的積極效果。
文檔編號F16J1/00GK101070575SQ200710015700
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者趙明軍, 呂海波 申請人:趙明軍