過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體及其鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種過共晶Al?Si合金與鎂合金復(fù)合制備發(fā)動機缸體的方法，所用的過共晶Al?Si合金含量為Si15%?22%，Cu0.5?5.0%,Mg0.1?3.0%，余量為Al；鎂合金成分為：Al 1.0%?10.0%，Zn 0.1%?1.5%，Mn 0.1%?1.5%，Re0.05?5%，余量為Mg。本發(fā)明的復(fù)合方法包括完成配料后熔煉，至熔體完全熔化，保溫，加入六氯乙烷均勻攪拌，靜置后扒渣，準備澆鑄，本發(fā)明采用擠壓鑄造方法制備過共晶Al?Si合金缸套，然后將鎂合金溶液澆鑄在過共晶Al?Si合金外層，將得到的復(fù)合件進行擴散退火。本發(fā)明得到的發(fā)動機缸體具有重量輕、耐磨性好等優(yōu)點。
【專利說明】
過共晶A1-S i合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體及其鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金熔煉技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體及其鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁硅合金由于其密度小、比強度高，同時具有優(yōu)異的鑄造性能、耐蝕性能、可焊性及熱膨脹性，可以用來生產(chǎn)形狀復(fù)雜、薄壁、耐蝕、氣密性要求高、承受中高靜載荷或沖擊載荷，以成為制造業(yè)中最受重視的結(jié)構(gòu)材料之一。與亞共晶、共晶鋁硅合金相比，過共晶鋁硅合金具有耐磨性好、耐蝕性好、熱裂傾向小、體積穩(wěn)定性高等特點，合金的力學(xué)性能、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、抗咬合性均有大幅度提高。但其不足是脆性大，切削加工性差。
[0003]鎂合金是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，在航空、汽車和電子通信等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用.鎂合金具有資源較為豐富，其產(chǎn)品易于回收利用等特點，在能源與資源日益成為影響社會可持續(xù)發(fā)展的形勢下，其開發(fā)和利用越來越受到重視.本發(fā)明中采用過共晶Al-Si合金和鎂合金復(fù)合的方法制備發(fā)動機缸體，即滿足了耐磨性要求又可減輕鑄件的重量，而且采用擠壓鑄造的方法制備過共晶Al-Si合金，使得合金組織中粗大的初生Si相大大減少甚至消失，明顯改善了合金的顯微組織，提高了合金的力學(xué)性能。所以過共晶Al-Si合金和鎂合金復(fù)合方法的研究具有較大的應(yīng)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于克服單一的或過共晶Al-Si合金生產(chǎn)的鑄件在使用過程中存在的問題，提供一種通過兩種合金復(fù)合鑄造的方法來制備高性能的發(fā)動機缸體。這種缸體即滿足了耐磨性要求又可降低鑄件的重量。
[0005]技術(shù)方案:
一種過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體，包括缸體和缸套，所述缸體由鎂合金制成，所述鎂合金成分及重量百分比為:
Al1.0%?10.0%;
Zn0.1%?1.5%;
Mn0.1%?1.5%;
Re0.05 ?5%;
余量Mg;
所述缸套由過共晶Al-Si合金制成，所述過共晶Al-Si合金成分及重量百分比為:
Si15?22%;
Cu0.5?5.0%;
Mg0.I ?3.0%；
余量Al。
[0006]所述的過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體的鑄造方法，其特征在于:包括以下步驟:
(1)將權(quán)利要求1所述成分比例的過共晶Al-Si合金通過擠壓鑄造方法制成缸套；
(2)將步驟(I)中制備的過共晶Al-Si合金缸套機械加工成形，在180?220°C預(yù)熱2h?3h后放入發(fā)動機缸體鑄型中；
(3)將權(quán)利要求1所述成分比例的鎂合金加熱到700°C使其完全熔化并澆注到發(fā)動機缸體鑄型中，在室溫下冷卻凝固；
(4)將步驟(3)制得的發(fā)動機缸體鑄件進行T6熱處理，其中熱處理參數(shù)為在400°C?440°C固溶4?24小時，再170?210 °C時效處理6小時。
[0007]所述的過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體的鑄造方法，其特征在于:所述步驟(I)的過共晶Al-Si合金由以下步驟制備:
(1)用石墨黏土坩禍在電阻爐中熔煉純鋁，熔煉溫度為720°C;
(2)待純鋁熔化完全后，加入Al-26Si中間合金進行熔化并升溫至780°C，直至完全反應(yīng)，靜置1min;
(3)在完全熔化的合金液中加入六氯乙烷均勻攪拌后，在合金液表面均勻涂撒一層由NaCl和KCl按照1:1混合成的覆蓋劑，保溫1min后扒渣、靜置，得過共晶Al-Si合金。
[0008]所述的過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體的鑄造方法，其特征在于:步驟
(3)中所述的鎂合金在熔煉過程中通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0009]本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于采用過共晶Al-Si合金和鎂合金復(fù)合鑄造的方法制備發(fā)動機缸體，即滿足了耐磨性要求又可降低鑄件的重量，而且采用擠壓鑄造的方法制備過共晶Al-Si合金，使得合金組織中粗大的初生Si相大大減少甚至消失，明顯改善了合金的顯微組織，提高了合金的力學(xué)性能。整個工藝操作簡單，可以更好的應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。
[0010]【具體實施方式】:
本發(fā)明中采用過共晶Al-Si合金和鎂合金復(fù)合的方法制備發(fā)動機缸體，即滿足了耐磨性要求又可減輕鑄件的重量，而且采用擠壓鑄造的方法制備過共晶Al-Si合金，使得合金組織中粗大的初生Si相大大減少甚至消失，明顯改善了合金的顯微組織，提高了合金的力學(xué)性能。
[0011 ]本發(fā)明中的缸體為鎂合金制成，其成分為:
Al1.0%?10.0%;
Zn0.1%?1.5%;
Mn0.1%?1.5%;
Re0.05 ?5%;
余量Mg;
本發(fā)明的缸套由過共晶Al-Si合金制成，其成分為:
Si15?22%;
Cu0.5?5.0%;
Mg0.I ?3.0%；
余量Al。
[0012]本發(fā)明的制備方法為如下步驟:
(I)將過共晶Al-Si合金通過擠壓鑄造方法制成缸套； (2)將步驟(I)中制備的過共晶Al-Si合金缸套機械加工成形，在180?220°C預(yù)熱2h?3h后放入發(fā)動機缸體鑄型中；
(3)將鎂合金加熱到700°C使其完全熔化并澆注到發(fā)動機缸體鑄型中，在室溫下冷卻凝固；
(4)將步驟(3)制得的發(fā)動機缸體鑄件進行T6熱處理，其中熱處理參數(shù)為在400°C?4400C固溶4?24小時，再170?210°C時效處理6小時。在此過程中，鎂合金缸體顯微組織中粗大的第二相形貌得到了改善，同時過共晶Al-Si合金缸套也在此完成了結(jié)合層的原子擴散過程。
[0013]所述步驟(I)的過共晶Al-Si合金由以下步驟制備:
(1)用石墨黏土坩禍在電阻爐中熔煉純鋁，熔煉溫度為720°C;
(2)待純鋁熔化完全后，加入Al-26Si中間合金進行熔化并升溫至780°C，直至完全反應(yīng)，靜置1min;
(3)在完全熔化的合金液中加入六氯乙烷均勻攪拌后，在合金液表面均勻涂撒一層由NaCl和KCl按照1:1混合成的覆蓋劑，保溫1min后扒渣、靜置，得過共晶Al-Si合金。
[0014]其中，步驟(3)中所述的鎂合金在熔煉過程中通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0015]結(jié)合本
【發(fā)明內(nèi)容】
進一步描述，并提供實施例進一步說明:
實施例1
熔煉所用材料:高純鋁(99.99%)、Al-26Si中間合金、C2C16 ,NaCUKCl。
[0016]原材料配比(重量百分比):過共晶Al-Si合金:Si15%，余量為Al;鎂合金為AZ91合金:Al 8.3-9.7%,Zn 0.35-1.0%,Mn 0.15-0.5%，余量為Al。
[0017]I)配料:稱取Al-26Si合金576.9g，純鋁錠423.1g;稱取制備好的AZ91合金lKg。
[0018]2)分別利用石墨黏土坩禍和鐵制坩禍在電阻爐中熔煉純鋁和AZ91合金，熔煉溫度分別為720°C和700°C。其中，在AZ91合金熔煉過程中需要通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0019]3)待純鋁熔化完全后，加入Al-26Si中間合金進行熔化并升溫至780°C，直至完全反應(yīng)，靜置lOmin，
4)在完全熔化的合金液中加入六氯乙烷均勻攪拌后，在合金液表面均勻涂撒一層NaCl和KCl按照1:1混合的覆蓋劑，保溫1min后扒渣、靜置。
[0020]5)將過共晶Al-15Si合金的金屬液在598MPa下擠壓成型后，機械加工成一定形狀，在200 °C左右預(yù)熱3h后放入發(fā)動機缸體鑄型中。
[0021 ] 6)將完全熔化的AZ91金屬液澆注到發(fā)動機缸體鑄型中，在室溫下冷卻凝固；其中，在鎂合金熔煉過程中需要通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0022]7)將復(fù)合鑄造的發(fā)動機缸體鑄件進行T6熱處理，其中熱處理參數(shù)為在420°C左右固溶4-24小時，再170-210°C時效處理6小時。
[0023]本例中的復(fù)合發(fā)動機缸體，對比傳統(tǒng)工藝，重量減輕了17%，缸套部分耐磨性提高21%，同時通過電子顯微鏡觀察可知，合金組織中的初生Si相減少顯著。
[0024]實施例2
熔煉所用材料:高純鋁(99.99%)、Al-26Si中間合金、C2C16 ,NaCUKCl。。
[0025]原材料配比(重量百分比):過共晶Al-Si合金:Si 17.5%，余量為41;鎂合金為六231合金:Al 3.0%-3.2%，Ζη 0.8%，Mn 0.4%，余量為Al。
[0026]I)配料:稱取Al-26Si合金673.1g，純鋁錠326.9g；稱取制備好的AZ31合金lKg。
[0027]2)分別利用石墨黏土坩禍和鐵制坩禍在電阻爐中熔煉純鋁和AZ31合金，熔煉溫度分別為720°C和700°C。其中，在AZ31合金熔煉過程中需要通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0028]3)待純鋁熔化完全后，加入Al_26Si中間合金進行熔化并升溫至780°C，直至完全反應(yīng)，靜置lOmin，
4)在完全熔化的合金液中加入六氯乙烷均勻攪拌后，在合金液表面均勻涂撒一層NaCl和KCl按照1:1混合的覆蓋劑，保溫1min后扒渣、靜置。
[0029]5)將過共晶Al_17.5Si合金的金屬液在598MPa下擠壓成型后，機械加工成一定形狀，在200°C左右預(yù)熱2h后放入發(fā)動機缸體鑄型中。
[0030]6)將完全熔化的AZ31金屬液澆注到發(fā)動機缸體鑄型中，在室溫下冷卻凝固；其中，在鎂合金熔煉過程中需要通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0031]7)將復(fù)合鑄造的發(fā)動機缸體鑄件進行T6熱處理，其中熱處理參數(shù)為在420°C左右固溶4-24小時，再170-210°C時效處理6小時。
[0032]本例中的復(fù)合發(fā)動機缸體，對比傳統(tǒng)工藝，重量減輕了22%，缸套部分耐磨性提高18%，同時通過電子顯微鏡觀察可知，合金組織中的初生Si相減少顯著。
[0033]實施例3
熔煉所用材料:高純鋁(99.99%)、Al-26Si中間合金、AM50合金、C2C16、NaCl、KC1。
[0034]原材料配比(重量百分比):過共晶Al-Si合金:Si 22.%，余量為Al;鎂合金為AM50合金:Al 4.5%-5.3%，Ζη 0.2%，Mn 0.28-0.5%,Si 0.05%,Cu 0.008%,Be 0.0005-0.0015%，F(xiàn)e 0.004%，Ni0，001%，余量為Al。
[0035]I)配料:稱取Al-26Si合金846.2g，純鋁錠153.8g；稱取制備好的AM50合金lKg。
[0036]2)分別利用石墨黏土坩禍和鐵制坩禍在電阻爐中熔煉純鋁和AM50合金，熔煉溫度分別為720°C和700°C。其中，在AM50合金熔煉過程中需要通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0037]3)待純鋁熔化完全后，加入Al_26Si中間合金進行熔化并升溫至780°C，直至完全反應(yīng)，靜置lOmin，
4)在完全熔化的合金液中加入六氯乙烷均勻攪拌后，在合金液表面均勻涂撒一層NaCl和KCl按照1:1混合的覆蓋劑，保溫1min后扒渣、靜置。
[0038]5)將過共晶Al_22Si合金的金屬液在598MPa下擠壓成型后，機械加工成一定形狀，在200 °C左右預(yù)熱3h后放入發(fā)動機缸體鑄型中。
[0039]6)將完全熔化的AM50金屬液澆注到發(fā)動機缸體鑄型中，在室溫下冷卻凝固；其中，在鎂合金熔煉過程中需要通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
[0040]7)將復(fù)合鑄造的發(fā)動機缸體鑄件進行T6熱處理，其中熱處理參數(shù)為在420°C左右固溶4-24小時，再170-210°C時效處理6小時。
[0041 ]本例中的復(fù)合發(fā)動機缸體，對比傳統(tǒng)工藝，重量減輕了 23%，缸套部分耐磨性提高25%，同時通過電子顯微鏡觀察可知，合金組織中的初生Si相幾近消失。
【主權(quán)項】
1.一種過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體，其特征在于:包括缸體和缸套，所述缸體由鎂合金制成，所述鎂合金成分及重量百分比為: Al1.0%?10.0%; Zn0.1%?1.5%; Mn0.1%?1.5%; Re0.05 ?5%; 余量Mg; 所述缸套由過共晶Al-Si合金制成，所述過共晶Al-Si合金成分及重量百分比為: Si15?22%; Cu0.5?5.0%; Mg0.1?3.0%; 余量Al。2.—種如權(quán)利要求1所述的過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體的鑄造方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將權(quán)利要求1所述成分比例的過共晶Al-Si合金通過擠壓鑄造方法制成缸套； (2)將步驟(I)中制備的過共晶Al-Si合金缸套機械加工成形，在180?220°C預(yù)熱2h?3h后放入發(fā)動機缸體鑄型中； (3)將權(quán)利要求1所述成分比例的鎂合金加熱到700°C使其完全熔化并澆注到發(fā)動機缸體鑄型中，在室溫下冷卻凝固； (4)將步驟(3)制得的發(fā)動機缸體鑄件進行T6熱處理，其中熱處理參數(shù)為在400°C?440°C固溶4?24小時，再170?210 °C時效處理6小時。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體的鑄造方法，其特征在于:所述步驟(I)的過共晶Al-Si合金由以下步驟制備: (1)用石墨黏土坩禍在電阻爐中熔煉純鋁，熔煉溫度為720°C; (2)待純鋁熔化完全后，加入Al-26Si中間合金進行熔化并升溫至780°C，直至完全反應(yīng)，靜置1min; (3)在完全熔化的合金液中加入六氯乙烷均勻攪拌后，在合金液表面均勻涂撒一層由NaCl和KCl按照1:1混合成的覆蓋劑，保溫1min后扒渣、靜置，得過共晶Al-Si合金。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過共晶Al-Si合金與鎂合金復(fù)合發(fā)動機缸體的鑄造方法，其特征在于:步驟(3)中所述的鎂合金在熔煉過程中通氮氣和六氟化硫進行氣體保護。
【文檔編號】B22D19/16GK105950929SQ201610342422
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】李潤霞, 于寶義, 張立軍, 孫繼鴻, 王冰, 鄭黎, 郝建飛
【申請人】沈陽工業(yè)大學(xué)