【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于合金，尤其涉及一種鋁合金材料及其制備方法。
技術介紹
1、柴油機活塞是柴油機中將熱能轉換為動能的關鍵承載零件，承受高溫、高壓、往復慣性力等交變熱-機負荷，隨著柴油機的燃爆壓力、升功率和轉速不斷升高，活塞與發動機缸套、活塞與活塞銷在高轉速的工況下運行，要求活塞有良好的熱穩定性，同時熱變形小，保證活塞-發動機缸套、活塞-活塞銷在不同應力和400℃溫度下高速運轉尺寸精度不易變形。
2、目前隨著柴油機高轉速指標不斷提升，傳統活塞在運行時存在磨損、咬合甚至拉缸的風險。為提高活塞-發動機缸套、活塞-活塞銷等關鍵運動副運行可靠性和使用壽命，提高材料熱穩定性，降低現有活塞線膨脹系數是有效方法。
3、目前國內外柴油發動機活塞大多采用共晶al-si合金，代表性的al-si合金活塞材料牌號為zl109，成分見表1；同時為進一步提高材料的耐熱性能，對zl109材料進行了成分優化，提高cu、ni等強化元素含量，完善了活塞合金al-si-cu-mg-ni材料，成分見表2。
4、表1zl109材料成分(wt％)
5、
6、表2al-si-cu-mg-ni材料成分(wt％)
7、
8、然而，目前zl109活塞材料和al-si-cu-mg-ni活塞材料最主要缺點是熱穩定性較差，高溫范圍內(20～400℃)線膨脹系數高(見表3)，活塞高轉速運行時，熱變形較大，易造成活塞磨損、拉缸甚至開裂等失效問題。
9、表3?20～400℃線膨脹系數(10-6m/m·k)
10、
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種鋁合金材料及其制備方法，該鋁合金材料熱變形低，具有低的材料線膨脹系數和優異的體積穩定性，加工尺寸精度不易變形；該材料適用于高轉速柴油機活塞，提高活塞-發動機缸套、活塞-活塞銷等運動副可靠性和使用壽命。
2、本專利技術提供了一種鋁合金材料，以質量分數計，包括以下成分：
3、si14.2～16.7％、tib21.5～4.6％、cr0.75～2.3％、mg0.2～0.4％、cu1.8～2.6％、ni1.1～2.0％、ti0.1～0.25％、zr0.07～0.2％、p0.015～0.035％、0＜fe≤0.7％，余量al。
4、優選地，所述鋁合金材料20～100℃下線膨脹系數為17～18×10-6m/m·k；
5、20～200℃下線膨脹系數為18～19×10-6m/m·k；
6、20～300℃下線膨脹系數為19～20×10-6m/m·k；
7、20～400℃下線膨脹系數為20～20.5×10-6m/m·k。
8、本專利技術提供了一種上述技術方案所述的鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下組分：
9、將結晶硅、純鋁錠、鎳板、陰極銅、鋁鋯合金和鋁鈦合金裝料后升溫至780～820℃，第一次攪拌，再升溫至882～920℃，加入二硼化鈦中間合金和鋁鉻合金，第二次攪拌，得到合金熔體；
10、將所述合金熔體降溫至750～780℃后在第三次攪拌條件下旋轉除氣，然后打渣，得到熔融合金；
11、將所述已融化合金升溫至740～770℃，取樣分析后加入磷銅合金和鎂塊，第四次攪拌，得到除雜合金；
12、將所述除雜合金進行鑄件毛坯澆注，得到毛坯件；
13、將所述毛坯件進行固溶處理和時效處理，得到鋁合金材料。
14、優選地，所述第一次攪拌的條件：時間為15～23min；攪拌速率為2.5～3.5hz；攪拌強度為45～50％；正反換向時間為25～30s/次；鋁熔液表面流動速度為0.4～0.8m/s，底部流動速度為0.7～1.1m/s。
15、優選地，所述第二次攪拌的條件：時間24～36min，攪拌頻率為4.5～5hz，攪拌強度為85～90％；正反換向時間為54～63s/次；鋁熔液表面流動速度為0.8～1.3m/s，底部流動速度為0.9～1.5m/s。
16、優選地，所述旋轉除氣的溫度為750～770℃，轉子速度為350～400rpm。
17、優選地，第三次攪拌的條件：時間8～12min，攪拌頻率2.5～4.3hz，攪拌強度為65～70％，正反換向時間為79～105s/次。
18、優選地，所述第四次攪拌的條件：攪拌頻率1.5～2.5hz，攪拌強度為45～50％，正反換向時間45～55s/次，鋁熔液表面流動速度為0.3～0.7m/s，底部流動速度為0.6～1.0m/s。
19、優選地，所述固溶處理的溫度為510～520℃，時間為6～8h，冷卻介質為60～80℃的水。
20、優選地，所述時效處理的溫度為220～230℃，時間為8～10h，冷卻介質為空氣。
21、本專利技術提供了一種鋁合金材料，以質量分數計，包括以下成分：si14.2～16.7％、tib21.5～4.6％、cr0.75～2.3％、mg0.2～0.4％、cu1.8～2.6％、ni1.1～2.0％、ti0.1～0.25％、zr0.07～0.2％、p0.015～0.035％、0＜fe≤0.7％，余量al。該鋁合金材料熱變形低，具有低的材料線膨脹系數和優異的體積穩定性，加工尺寸精度不易變形；該材料適用于高轉速柴油機活塞，提高活塞-發動機缸套、活塞-活塞銷等運動副可靠性和使用壽命。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種鋁合金材料，以質量分數計，包括以下成分：
2.根據權利要求1所述的鋁合金材料，其特征在于，所述鋁合金材料20～100℃下線膨脹系數為17～18×10-6m/m·K；
3.一種權利要求1所述的鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下組分：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述第一次攪拌的條件：時間為15～23min；攪拌速率為2.5～3.5Hz；攪拌強度為45～50％；正反換向時間為25～30s/次；鋁熔液表面流動速度為0.4～0.8m/s，底部流動速度為0.7～1.1m/s。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述第二次攪拌的條件：時間24～36min，攪拌頻率為4.5～5Hz，攪拌強度為85～90％；正反換向時間為54～63s/次；鋁熔液表面流動速度為0.8～1.3m/s，底部流動速度為0.9～1.5m/s。
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述旋轉除氣的溫度為750～770℃，轉子速度為350～400rpm。
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，
8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述第四次攪拌的條件：攪拌頻率1.5～2.5Hz，攪拌強度為45～50％，正反換向時間45～55s/次，鋁熔液表面流動速度為0.3～0.7m/s，底部流動速度為0.6～1.0m/s。
9.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述固溶處理的溫度為510～520℃，時間為6～8h，冷卻介質為60～80℃的水。
10.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述時效處理的溫度為220～230℃，時間為8～10h，冷卻介質為空氣。
...【技術特征摘要】
1.一種鋁合金材料，以質量分數計，包括以下成分：
2.根據權利要求1所述的鋁合金材料，其特征在于，所述鋁合金材料20～100℃下線膨脹系數為17～18×10-6m/m·k；
3.一種權利要求1所述的鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下組分：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述第一次攪拌的條件：時間為15～23min；攪拌速率為2.5～3.5hz；攪拌強度為45～50％；正反換向時間為25～30s/次；鋁熔液表面流動速度為0.4～0.8m/s，底部流動速度為0.7～1.1m/s。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述第二次攪拌的條件：時間24～36min，攪拌頻率為4.5～5hz，攪拌強度為85～90％；正反換向時間為54～63s/次；鋁熔液表面流動速度為0.8～1.3m/s，底部流動速度為0.9～1.5m/s。
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：廖從來，易綠林，張洪祥，吳杰，黃德威，王熹，夏治濤，胡憶明，趙剛建，喬佳旭，
申請(專利權)人：湖南江濱機器集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。