一种铸造铝合金的制备方法

摘要

本发明公开了一种铸造铝合金的制备方法，包括配料、熔炼、高温保温、精炼、变质和除气等步骤，本发明所述的制备方法，通过对各原料配比进行精确化合理调整，并在其原材料中添加了少量的Mn和Zn成分，在硅粒、铜和镍全部熔化后，精确控制最佳保温温度和保温时间；使其所得铸造合金的微观结构发生了改变，并最终导致所得的铸造铝合金的综合力学性能进一步提高，将该铸造铝合金用于制造发动机活塞，可以大大提高发动机活塞工作性能，使用寿命是现有活塞的1.5倍以上。

权利要求

1.一种铸造铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、按如下重量份配备原材料：

Si：12-14份，Cu：4.8-6份，Mg：0.5-1.2份，Ni：2-3.5份，Ti：0.05-0.2份，V：0.05-0.2份，Mn：0.1-0.3份，Zn：0.1-0.3份，铝锭：74.3-80.4份；

B、将熔炼炉干燥后，按照步骤A所述配比的Cu和Ni放入熔炼炉中，继续升温，至Cu和Ni完全熔化；

C、加入步骤A所述的铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待其熔化后再加入剩下的二分之一铝锭；

D、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按步骤A所述的配比加入Si，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；

E、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒、铜和镍全部熔化后，继续升温至1000℃，并进行恒温保温3.5-4小时；

F、保温完毕后加入步骤A中所述的镁块、锌块、锰、钛、和钒，另加出渣剂，10-15分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍和锰、锌元素全部熔化，充分搅拌均匀；

G、最后进行精炼、变质和除气处理即可。

2.根据权利要求1所述铸造铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝锭牌号为Al99.50。

3.根据权利要求1所述铸造铝合金的制备方法，其特征在于：所述除渣剂为：钠盐或钾盐。

4.根据权利要求3所述铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤F和G之间，还包括步骤F1：化学成分分析：F步骤中最后再次确认铝液中的硅、铜、镍和镁全部熔化，充分搅拌均匀之后，取试样进行化学成分分析。

说明书

一种铸造铝合金的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新材料的制备方法，特别涉及一种用于制备发动机活塞的铸造铝合金的制备方法。

背景技术

[0002] 随着人们的需求及对环境要求的提高，国家对现代的汽车发动机的要求也不断提高，要求现代的发动机(特别是中、小功率发动机)必须有高功率、高转速、低油耗、低排放及低噪声等要求，这对发动机零部件也提出了更高的要求。活塞作为发动机的心脏，工作环境非常恶劣(具有高温、高压、高磨擦等)。活塞的材料是活塞品质的基本载体，为了适应现代发动机的要求，只有活塞的材料的性能发生大幅度提升，其他应用的高新技术才能在此基础上得以充分体现；现有发动机活塞大多采用铸造铝合金ZL109材料，但是该材料的高温抗拉强度、弹性模量、热传导率、线性膨胀率、硬度等综合性能较差，使得发动机活塞工作性能受限，使用寿命较低。

[0003] 对此，本申请人研制出的一种新型铸造铝合金，其材料力学性能得到了一定的改善(其技术方案详见由本申请人于2011年6月17日提交的专利申请号为201110164489.2的专利申请文件所述)。

[0004] 通过将其所得的铝合金材料具体应用于强动力发动机活塞，实验证明，虽然其性能较铸造铝合金ZL109材料有更优的力学性能，但仍然不能完全满足要求，仍然没有达到预期目标。

[0005] 针对上述不足，需要对发动机活塞的材料进行进一步改进，在发动机活塞恶劣的工作环境下，进一步提高其综合力学性能，进一步延长其使用寿命。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种铸造铝合金的制备方法，使其所得铸造铝合金材料的综合力学性能进一步提高，将其制造发动机活塞，能够进一步提高发动机活塞的工作性能，进一步延长活塞的使用寿命。

[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：

[0008] A、按如下重量份配备原材料：

[0009] Si：12-14 份，Cu：4.8-6 份，Mg：0.5-1.2 份，Ni：2-3.5 份，Ti：0.05-0.2 份，V：0.05-0.2份，Mn：0.1-0.3份，Zn：0.1-0.3份，铝锭：74.3-80.4份；；

[0010] B、将熔炼炉干燥后，按照步骤A所述配比的Cu和Ni放入熔炼炉中，继续升温，至Cu和Ni完全熔化；

[0011] C、加入步骤A所述的铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待其熔化后再加入剩下的二分之一铝锭；

[0012] D、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按步骤A所述的配比加入Si，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；

[0013] E、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒、铜和镍全部熔化后，继续升温至1000℃，并进行恒温保温3.5-4小时；

[0014] F、保温完毕后加入步骤A中所述的镁块、锌块、锰、钛、和钒，另加出渣剂，10-15分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍和锰、锌元素全部熔化，充分搅拌均匀；

[0015] G、最后进行精炼、变质和除气处理即可。

[0016] 其中，所述铝锭牌号为Al99.50。

[0017] 其中，所述除渣剂为钠盐或钾盐。

[0018] 进一步，步骤F和G之间，还包括步骤F1：化学成分分析：F步骤中最后再次确认铝液中的硅、铜、镍和镁全部熔化，充分搅拌均匀之后，取试样进行化学成分分析。

[0019] 本发明的有益效果是：采用本发明所述的制备方法，与201110164489.2专利申请所述技术方案相比，通过对各原料配比进行精确化合理调整，并在其原材料中添加了少量的Mn和Zn成分，在硅粒、铜和镍全部熔化后，精确控制最佳保温温度和保温时间；使其所得铸造合金的微观结构发生了改变，并最终导致所得的铸造铝合金的综合力学性能进一步提高，与现有铸造铝合金ZL109和201110164489.2的专利申请所述技术方案所得的新型铸造铝合金相比，高温热疲劳强度有较大幅度的提高；其他常温抗拉强度、弹性模量、抗弯强度等力学性能均有所提高。将该铸造铝合金用于制造发动机活塞，对比台架实验证明：本方法所得的合金制备的活塞，可以大大提高发动机活塞工作性能，与专利申请号为201110164489.2所述的合金制备的活塞相比，使用寿命是其1.5倍以上。具体性能指标对比见下表(国家标准铝合金ZL109)。

[0020] 所述产品经中国工程物理研究院环境实验中心铝合金拉伸性能试验检测，各项指标为：

[0021]

具体实施方式

[0022] 实施例1：本实施例的铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：

[0023] A、按如下重量份配备原材料：Si：1200千克，Cu：600千克，Mg：50千克，Ni：350千克，Ti：5千克，V：20千克，Mn：10千克，Zn：30千克，牌号为Al99.50的铝锭：8040千克；

[0024] B、将熔炼炉干燥后，按照步骤A所述配比的Cu和Ni放入熔炼炉中，继续升温，至Cu和Ni完全熔化；

[0025] C、加入步骤A所述的铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待其熔化后再加入剩下的二分之一铝锭；

[0026] D、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按步骤A所述的配比加入Si，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；

[0027] E、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒、铜和镍全部熔化后，继续升温至1000℃，并进行恒温保温3.5-4小时；

[0028] F、保温完毕后加入步骤A中所述的镁块、锌块、锰、钛、和钒，另加出渣剂，所述除渣剂为钾盐，15分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍和锰、锌元素全部熔化，充分搅拌均匀；

[0029] G、最后进行精炼、变质和除气处理即可。

[0030] 实施例2：本实施例的铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：

[0031] A、按如下重量份配备原材料：Si：1400千克，Cu：480千克，Mg：120千克，Ni：200千克，Ti：20千克，V：5千克，Mn：30千克Zn：10千克，牌号为Al99.50的铝锭：7430千克；

[0032] B、将熔炼炉干燥后，按照步骤A所述配比的Cu和Ni放入熔炼炉中，继续升温，至Cu和Ni完全熔化；

[0033] C、加入步骤A所述的铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待其熔化后再加入剩下的二分之一铝锭；

[0034] D、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按步骤A所述的配比加入Si，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；

[0035] E、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒、铜和镍全部熔化后，继续升温至1000℃，并进行恒温保温3.5-4小时；

[0036] F、保温完毕后加入步骤A中所述的镁块、锌块、锰、钛、和钒，另加出渣剂，所述除渣剂为钠盐，10分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍和锰、锌元素全部熔化，充分搅拌均匀；

[0037] G、最后进行精炼、变质和除气处理即可。

[0038] 实施例3：本实施例的铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：

[0039] A、按如下重量份配备原材料：Si：1300千克，Cu：550千克份，Mg：80千克，Ni：300千克，Ti：10千克，V：100千克，Mn：20千克，Zn：20千克份，牌号为Al99.50的铝锭：7800千克；

[0040] B、将熔炼炉干燥后，按照步骤A所述配比的Cu和Ni放入熔炼炉中，继续升温，至Cu和Ni完全熔化；

[0041] C、加入步骤A所述的铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待其熔化后再加入剩下的二分之一铝锭；

[0042] D、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按步骤A所述的配比加入Si，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；

[0043] E、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒、铜和镍全部熔化后，继续升温至1000℃，并进行恒温保温3.5-4小时；