CN103924132A - 一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法 - Google Patents

一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法，该铝合金型材由以下质量百分比的元素组成：Si 9.4-10.8、Cu 0.7-1.4、Mg 0.4-0.8、Fe 0.15-0.25、Cr 0.3-0.6、Mn 0.05-0.1、Zn 0.02-0.04、Ni 0.01-0.02、As 0.03-0.05、Sn 0.025-0.045、Cd 0.02-0.03、Hf 0.015-0.025、B 0.005-0.01、Ce 0.02-0.04、Yb 0.01-0.03，余量为Al。本发明方法制备的铝合金型材综合性能优异，高温强度高，可以在250-300℃温度下长期工作，且具有优良的耐腐蚀性和耐磨性，应用前景广阔。

Description

一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法，属于铝合金材料加工技术领域。
背景技术
发动机是汽车的心脏，汽缸盖是发动机上的一个重要零件，其结构复杂，凸轮轴直接与之接触运转，铝合金材料耐磨性要好，且缸盖与气缸体接合面要耐240℃左右的高温。同时，还要经受燃油燃烧后产物中硫的氧化物及水蒸气所形成稀硫酸的腐蚀，工作条件恶劣。因此对生产汽缸盖的铝合金材料性能要求特别严格，不仅要求高温强度高，韧性好，还要求具有优良的耐磨性和耐腐蚀性。
发明内容
本发明的目的在提供一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法。该铝合金型材综合性能优异，高温强度高，韧性好，具有优良的耐磨性和耐腐蚀性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
    一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
    （1）将铝锭、镁锭、废铝投入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度730-750℃，待其熔清80%以上时，投入Al-Si、Al-Cu等中间合金，待其全部熔化后，调整温度至740-760℃，加入熔体重量0.2-0.3%的六氯乙烷和0.15-0.25%的氟硼酸钠精炼15-20min，精炼后电磁搅拌10-15min，静置20-30min，然后调整温度至755-775℃，加入Al-Ti-B-Ce中间合金，保温5-10min，扒渣，取样分析，严格控制铝合金溶液的各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 9.4-10.8、Cu 0.7-1.4、Mg 0.4-0.8、Fe 0.15-0.25、Cr 0.3-0.6、Mn 0.05-0.1、Zn 0.02-0.04、Ni 0.01-0.02、As 0.03-0.05、Sn 0.025-0.045、Cd 0.02-0.03、Hf 0.015-0.025、B 0.005-0.01、Ce 0.02-0.04、Yb 0.01-0.03，余量为Al；
    （2）采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，铸造温度为720-740℃，铸造速度70-90mm/min，冷却水压0.15-0.25MPa，冷却水流量为1600-1800 L/min；
    （3）对铝合金铸锭进行均匀化处理：先以150-200℃/h升温至350-400℃，保温3-6h，再以80-120℃/h降温至160-220℃，保温1-2h，然后以100-150℃/h升温至420-460℃，保温4-8h，然后强风冷却至220-250℃，保温2-3h，再以120-160℃/h升温至480-510℃，保温5-10h，然后水雾冷却至150-200℃，保温1-2h，再以100-150℃/h升温至400-450℃，保温4-6h，然后以120-160℃/h降温至140-180℃，保温1-2h，空冷至室温；
    （4）将上述均匀化处理后的铸锭加热至465-495℃，然后放入预热至470-500℃的模具中用挤压机挤压成型，挤压速率为10-15m/min，出模温度为510-530℃；
    （5）将上述挤压成型的铝合金型材水雾冷却至200-250℃，然后以80-120℃/h升温至450-490℃，保温3-5h，再以100-150℃/h降温至240-280℃/h，保温2-3h，然后放入0-5℃冰盐水中降温至50℃以下；
    （6）对铝合金型材进行时效处理：先以45-55℃/h升温至90-110℃，保温10-15h，再以50-60℃/h升温至190-210℃，保温5-10h，再以60-70℃/h降温至65-75℃，保温15-20h，空冷至室温，然后以40-50℃/h升温至80-90℃，保温12-16h，空冷至室温，然后以75-85℃/h升温至150-170℃，保温8-12h，空冷至室温，然后以80-90℃/h升温至175-195℃，保温5-10h，再以40-50℃/h降温至85-95℃，保温10-15h，空冷至室温。
本发明的有益效果：
本发明合理调整Si元素的含量，适当提高Cu、Mg元素的含量，通过铝基体的固溶强化以及第二相强化，使合金的强度得以提高，高温性能得以改善，同时添加微量的Ce、Yb稀土元素，可以细化晶粒，改善铸态组织，也能提高耐腐蚀性能，使铝合金型材更加经久耐用。本发明方法制备的铝合金型材综合性能优异，高温强度高，可以在250-300℃温度下长期工作，且具有优良的耐腐蚀性和耐磨性，应用前景广阔。
具体实施方式
    一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
    （1）将铝锭、镁锭、废铝投入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度740℃，待其熔清80%以上时，投入Al-Si、Al-Cu等中间合金，待其全部熔化后，调整温度至750℃，加入熔体重量0.2%的六氯乙烷和0.2%的氟硼酸钠精炼20min，精炼后电磁搅拌15min，静置30min，然后调整温度至765℃，加入Al-Ti-B-Ce中间合金，保温7min，扒渣，取样分析，严格控制铝合金溶液的各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 9.4-10.8、Cu 0.7-1.4、Mg 0.4-0.8、Fe 0.15-0.25、Cr 0.3-0.6、Mn 0.05-0.1、Zn 0.02-0.04、Ni 0.01-0.02、As 0.03-0.05、Sn 0.025-0.045、Cd 0.02-0.03、Hf 0.015-0.025、B 0.005-0.01、Ce 0.02-0.04、Yb 0.01-0.03，余量为Al；
    （2）采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，铸造温度为730℃，铸造速度80mm/min，冷却水压0.2MPa，冷却水流量为1700 L/min；
    （3）对铝合金铸锭进行均匀化处理：先以180℃/h升温至360℃，保温5h，再以100℃/h降温至180℃，保温1h，然后以150℃/h升温至460℃，保温4h，然后强风冷却至240℃，保温2h，再以140℃/h升温至510℃，保温6h，然后水雾冷却至200℃，保温2h，再以120℃/h升温至440℃，保温4h，然后以150℃/h降温至150℃，保温1h，空冷至室温；
    （4）将上述均匀化处理后的铸锭加热至485℃，然后放入预热至500℃的模具中用挤压机挤压成型，挤压速率为12m/min，出模温度为520℃；
    （5）将上述挤压成型的铝合金型材水雾冷却至230℃，然后以100℃/h升温至470℃，保温4h，再以120℃/h降温至260℃/h，保温2h，然后放入2℃冰盐水中降温至50℃以下；
    （6）对铝合金型材进行时效处理：先以50℃/h升温至105℃，保温12h，再以60℃/h升温至210℃，保温5h，再以70℃/h降温至70℃，保温15h，空冷至室温，然后以45℃/h升温至90℃，保温12h，空冷至室温，然后以80℃/h升温至160℃，保温10h，空冷至室温，然后以90℃/h升温至180℃，保温7h，再以45℃/h降温至95℃，保温10h，空冷至室温。
    经检验，上述制得的铝合金型材化学成分为：Si 10.26%、Cu 1.25%、Mg 0.72%、Fe 0.19%、Cr 0.48%、Mn 0.084%、Zn 0.036%、Ni 0.014%、As 0.048%、Sn 0.037%、Cd 0.023%、Hf 0.022%、B 0.0064%、Ce 0.039%、Yb 0.021%，余量为Al；该铝合金型材在300℃时的力学性能为：抗拉强度284MPa，屈服强度208MPa，伸长率10.7%。

Claims (1)

1.一种高耐蚀高耐磨发动机汽缸盖铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将铝锭、镁锭、废铝投入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度730-750℃，待其熔清80%以上时，投入Al-Si、Al-Cu等中间合金，待其全部熔化后，调整温度至740-760℃，加入熔体重量0.2-0.3%的六氯乙烷和0.15-0.25%的氟硼酸钠精炼15-20min，精炼后电磁搅拌10-15min，静置20-30min，然后调整温度至755-775℃，加入Al-Ti-B-Ce中间合金，保温5-10min，扒渣，取样分析，严格控制铝合金溶液的各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 9.4-10.8、Cu 0.7-1.4、Mg 0.4-0.8、Fe 0.15-0.25、Cr 0.3-0.6、Mn 0.05-0.1、Zn 0.02-0.04、Ni 0.01-0.02、As 0.03-0.05、Sn 0.025-0.045、Cd 0.02-0.03、Hf 0.015-0.025、B 0.005-0.01、Ce 0.02-0.04、Yb 0.01-0.03，余量为Al；
（2）采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，铸造温度为720-740℃，铸造速度70-90mm/min，冷却水压0.15-0.25MPa，冷却水流量为1600-1800 L/min；
（3）对铝合金铸锭进行均匀化处理：先以150-200℃/h升温至350-400℃，保温3-6h，再以80-120℃/h降温至160-220℃，保温1-2h，然后以100-150℃/h升温至420-460℃，保温4-8h，然后强风冷却至220-250℃，保温2-3h，再以120-160℃/h升温至480-510℃，保温5-10h，然后水雾冷却至150-200℃，保温1-2h，再以100-150℃/h升温至400-450℃，保温4-6h，然后以120-160℃/h降温至140-180℃，保温1-2h，空冷至室温；
（4）将上述均匀化处理后的铸锭加热至465-495℃，然后放入预热至470-500℃的模具中用挤压机挤压成型，挤压速率为10-15m/min，出模温度为510-530℃；
（5）将上述挤压成型的铝合金型材水雾冷却至200-250℃，然后以80-120℃/h升温至450-490℃，保温3-5h，再以100-150℃/h降温至240-280℃/h，保温2-3h，然后放入0-5℃冰盐水中降温至50℃以下；
（6）对铝合金型材进行时效处理：先以45-55℃/h升温至90-110℃，保温10-15h，再以50-60℃/h升温至190-210℃，保温5-10h，再以60-70℃/h降温至65-75℃，保温15-20h，空冷至室温，然后以40-50℃/h升温至80-90℃，保温12-16h，空冷至室温，然后以75-85℃/h升温至150-170℃，保温8-12h，空冷至室温，然后以80-90℃/h升温至175-195℃，保温5-10h，再以40-50℃/h降温至85-95℃，保温10-15h，空冷至室温。
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