專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體用鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金，其可鑄造成可機(jī)加工和耐磨損的制品，如機(jī)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體。
背景技術(shù)：
將鋁用于機(jī)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體為顯著減輕車輛重量并節(jié)約燃料提供了可能性。然而，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力，同時(shí)提供制造和維護(hù)汽缸體所需的鑄造性、機(jī)加工性和耐磨性的鋁合金還未得到發(fā)展和明確。具有耐活塞磨損性的鋁合金很難鑄造成形狀復(fù)雜的汽缸體并難于機(jī)加工成最后需要的尺寸。適于鑄造和機(jī)加工成汽缸體的鋁合金在使用時(shí)缺乏汽缸壁的耐磨損能力。發(fā)動(dòng)機(jī)制造商們傾向于選擇可鑄造和可機(jī)加工的合金并改變汽缸壁表面來(lái)獲得所需要的耐磨損性能。
因此，目前通過(guò)例如Aluminum Alloy 319或者AA356的合金來(lái)鑄造汽缸體時(shí)，它們都需要汽缸襯筒(鑄鐵，金屬基復(fù)合材料，AA390)或者表面處理(電鍍，涂層)以在使用時(shí)提供耐磨損性能。鑄鐵襯筒像芯部一樣放置在鑄模中以包含在缸體中或者插入機(jī)加工的缸膛內(nèi)。也使用過(guò)其他的耐磨損襯筒組成。作為汽缸襯筒的一種選擇，給鑄造和機(jī)加工的汽缸體的汽缸壁施加耐磨損涂層。汽缸體的這些修改都將增加產(chǎn)品的成本。
這就需要能提供用于制造汽缸體的所有上述性能和磨損性能的鋁合金。本發(fā)明的目的是提供這種材料。
發(fā)明概述對(duì)用于大批量生產(chǎn)機(jī)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的全鋁汽缸體的鋁合金的要求是非常嚴(yán)格的。這種合金必須同時(shí)提供汽缸壁有足夠的對(duì)活塞/活塞環(huán)的耐磨損能力；防水壁區(qū)域有足夠的強(qiáng)度和硬度；油/水/燃燒通道間的壓力密封性；在中等的和循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)使用溫度下保持螺栓扭距的高溫強(qiáng)度；和尺寸穩(wěn)定性。此外，這種合金在熔融狀態(tài)下必須要有足夠的流動(dòng)性能以通過(guò)任何選擇的鑄造工藝鑄造成復(fù)雜的形狀并且可機(jī)加工到精密公差。這種合金必須需要盡量小的專門設(shè)備或工藝并且對(duì)后鑄造操作，例如熱處理，機(jī)加工和裝配有盡量小的影響。它必須要對(duì)工藝中微小的變化不敏感。最后，使用的長(zhǎng)期效應(yīng)，例如尺寸穩(wěn)定性，腐蝕性，蠕變性和最后的循環(huán)利用都應(yīng)該是不變的或者提高的。本發(fā)明的鋁合金提供了這些性能和優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的鋁合金包括，以重量百分比計(jì)，9.5～12.5％的硅，至多1.5％的鐵，0～1.5～4.5％的銅，0.2～3％或更多的錳，0.1～0.6％的鎂，0～1.5％的鎳，0～0.03％的鍶或者0～0.02％的鈉或者總量0～1.2％的稀土，至多0.25％的鈦，總量小于大約0.5％的其他元素，其余為鋁。
組成的一個(gè)重要特點(diǎn)就是錳含量與鐵含量的比例。鐵是鋁合金中的常見元素。它是從通常含有氧化鐵的錳土礦制備的鋁中含有的散雜元素。鐵含量低于0.4重量％的鋁合金價(jià)格高。當(dāng)合金中的鐵含量等于或者高于0.4％時(shí)，則需要Mn/Fe的重量比在1.2～1.75范圍內(nèi)，優(yōu)選在1.2～1.5范圍內(nèi)。當(dāng)含有鐵但含量小于0.4％時(shí)，只要鋁合金中的錳的重量百分含量至少為0.2％，Mn/Fe的重量比適于在0.6～1.2范圍內(nèi)。對(duì)于大多數(shù)的鑄造方法，優(yōu)選合金中鐵的重量百分含量不超過(guò)0.8％。盡管如此，壓鑄中鐵的含量可能高達(dá)1.5％，以防止鑄造金屬粘到金屬模面上。
銅和鎳也是影響合金中錳含量的元素。鎳不是合金中的必需成分。它通常存在于一些可利用的鋁合金中，并且其可允許的量至多大約2重量％。類似的，銅也不是合金中必需的元素，但它起到強(qiáng)化劑的作用。較低的銅含量容易鑄造無(wú)孔汽缸體。當(dāng)銅的重量百分含量超過(guò)1.5％和/或鎳的重量百分含量超過(guò)0.75％時(shí)，優(yōu)選錳含量至少是鐵含量的1.2～1.5倍。錳一般作為適當(dāng)?shù)匿X錳母合金來(lái)加入。
鋅通常是一種散雜元素并且它不能超過(guò)指定的最大值。鈦通常是廢鋁合金的一種組分并且當(dāng)它的重量百分含量在0.04～0.25％之間時(shí)減小了粒徑。添加鍶以改變共晶鋁硅相，以保證沒有硅初晶相形成。可選擇地，可以通過(guò)單獨(dú)或一起添加鈉或者稀土金屬尤其是鈰，鑭和釹，來(lái)改變這種共晶相。
因此，本發(fā)明合金主要由鋁，硅，鐵，錳和鍶組成。優(yōu)選組成包括，以重量百分比計(jì)，11.25～11.75％的硅，0.35～0.65％的鐵(壓鑄體時(shí)可能更高)，1.75～2.75％的銅，0.4～3％的錳(至少是鐵含量的1.2～1.5倍)，0.15～0.3％的鎂，至多0.5％的鋅，痕量的鎳，0.01～0.03％的鍶，其余為鋁。
本發(fā)明合金具有鋁硅共晶合金的流動(dòng)性。該合金能用任何一種普通的鑄造方法鑄造成發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體壓鑄(可能需要較高的鐵含量)，金屬型鑄造，半金屬型鑄造，造型砂模鑄造，消失模鑄造和精密砂模鑄造。當(dāng)Mn/Fe含量控制在指定的范圍時(shí)，鑄造材料的拉伸強(qiáng)度可高達(dá)320MPa，比Mn/Fe的含量不控制在這個(gè)范圍的類似合金高20％以上。此外，這種鑄造材料易于機(jī)加工成最后的汽缸體，這種材料能抵抗來(lái)自活塞/活塞環(huán)的刮擦和其它的汽缸體磨損。
本發(fā)明的其它的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的描述變得更加明顯。


圖1是一種V型發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體的斜視圖，代表可通過(guò)本發(fā)明的鋁合金制得的可機(jī)加工并耐磨損的發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件。
圖2是本發(fā)明鋁合金鑄造試樣的極限拉伸強(qiáng)度UTS(MPa)測(cè)量值和以橫坐標(biāo)上的Mn/Fe的重量比值表示的錳含量增加的關(guān)系圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述本發(fā)明是一種鋁合金組合物，其滿足汽缸體鑄件的上述制造和性能條件。本發(fā)明尤其適用于使用汽油燃料具有往返運(yùn)動(dòng)活塞的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體鑄件。這種合金可以用任何常規(guī)的鑄造方法來(lái)鑄造生產(chǎn)低孔隙度，高強(qiáng)，耐磨損的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，而不需要特殊的熱處理和其它的特殊工藝。
圖1是描述了一種可用本發(fā)明的鋁合金來(lái)鑄造的汽缸體鑄件10。在這個(gè)實(shí)施例中，鑄件10是一種V-6發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，但是本發(fā)明合金可以用于鑄造在缸膛和鑄造產(chǎn)品的其它表面需要耐磨損性能的任何形式的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體。
在汽缸體鑄件10的圖中可以看到V型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的一個(gè)分支18上的三個(gè)汽缸12，14和16。鋁合金汽缸體鑄件需要大量的機(jī)加工。例如，需鉆出大量的螺栓孔20并在其上刻上螺紋，如用于兩個(gè)汽缸蓋，汽缸蓋未在圖中顯示。汽缸蓋對(duì)著的平壁板表面22必須進(jìn)行機(jī)加工。當(dāng)然，汽缸12，14和16的壁(膛)必須要機(jī)械修整。需要少數(shù)機(jī)加工操作以完成用于裝配成車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體鑄件的制造。本發(fā)明的高錳含量鋁合金對(duì)于這一應(yīng)用具有可機(jī)加工性。
眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體有很多復(fù)雜的用于冷卻劑和油流通的部分，這就需要一種流動(dòng)性好和可鑄造的合金使得熔融狀態(tài)下的合金在澆鑄和凝固時(shí)填滿模腔。本發(fā)明的合金可鑄造這種復(fù)雜產(chǎn)品。
具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞的內(nèi)燃機(jī)汽缸壁要長(zhǎng)時(shí)間承受在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中活塞和活塞環(huán)往復(fù)和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磨損。本發(fā)明的高M(jìn)n/Fe鋁合金在這種表面上提供了很好的耐磨損性能，而不需要特殊的耐磨損襯筒。
鑄造合金的制備鑄造熔體的制備是通過(guò)熔煉鋁錠、適當(dāng)?shù)匿X基母合金如Al-25Fe，Al-50Cu，Al-20Mn，Al-50Si和純鎂金屬以獲得如上概述中描述的所需組合物而進(jìn)行的。通過(guò)稀土元素母合金或純金屬或稀土元素鋁母合金來(lái)添加稀土?？梢栽陂_始加料時(shí)就進(jìn)行這種加入。但是，如果用這種工藝的話，優(yōu)選在熔體用熔劑處理和/或脫氣后再進(jìn)行。
可在合適的熔爐例如無(wú)芯感應(yīng)爐，電阻爐，反射爐或者粘土-石墨或碳化硅燃?xì)廑徨仩t中制備該熔體。只有裝料很臟或有殘?jiān)鼤r(shí)才使用熔劑。通常不需要特別的熔煉氣氛。在環(huán)境空氣中就可以加熱熔煉。一旦熔化，熔體可以采用普通的鋁鑄造方法來(lái)脫氣，例如利用干燥的氬氣或者氮?dú)馔ㄟ^(guò)旋轉(zhuǎn)的脫氣裝置來(lái)吹掃熔體。脫氣操作也可以包括鹵素氣體，例如氯或氟或鹵鹽來(lái)促進(jìn)雜質(zhì)去除。優(yōu)選的，以靜態(tài)方式處理熔體以便使擾動(dòng)和氫氣吸取減到最小。
一旦除氣和凈化，用鍶或者稀土金屬混合物對(duì)金屬進(jìn)行處理以影響共晶硅的改性。優(yōu)選的方法是用Al-10Sr或Al-90Sr母合金在除氣的最后一個(gè)階段加入金屬中，在不用鹵素材料的情況下。熔體的氣體含量水平可以用任意普通的商業(yè)方法來(lái)評(píng)估，例如降壓測(cè)試或者AISCANTM設(shè)備。
最后，剛好在澆鑄前，用鈦—硼母合金來(lái)細(xì)化熔體晶粒，一般添加約0.02～0.1％重量百分含量的鈦。一些應(yīng)用可能不需要細(xì)化晶粒。
熔體的過(guò)熱度從小于150°F到超過(guò)700°F都已取得成功。本發(fā)明合金在1170°F到1500°F的熔融溫度下鑄造汽缸體。優(yōu)選的鑄造熔融溫度大約為1170°F到1200°F。推薦使用較低水平的過(guò)熱度來(lái)使微孔最少。然而，較高水平的過(guò)熱度可以導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)中金屬間化合物的精煉，因此在一些情況下優(yōu)選使用這種方法。
將金屬澆鑄在已經(jīng)在任意已知的模具生產(chǎn)工藝中制得的合適的模具中，所述模具生產(chǎn)工藝?yán)缭煨蜕澳?，金屬型或金屬?；蛘呦災(zāi)Ｖ圃?。砂?？砂ń饘偌だ湟源龠M(jìn)定向凝固或在特定的鑄造關(guān)鍵區(qū)域上細(xì)化微觀結(jié)構(gòu)。使金屬在模中凝固，然后打開模具把鑄件取出。對(duì)于砂模的情況，剩余的沙子通過(guò)噴丸處理來(lái)從鑄件上去除。鑄件的澆口部分要去掉。
鑄件可以用一般的非破壞性測(cè)試來(lái)評(píng)估，例如X射線檢查，染料滲透試驗(yàn)法或超聲波檢查。一般進(jìn)行這些測(cè)試以判斷鑄件在凝固過(guò)程中是否由于收縮而產(chǎn)生了孔隙。這種收縮是由鑄造合金的組成和/或鑄件的形狀造成的。用本發(fā)明合金鑄造的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體由于合金組成一般不具有收縮問(wèn)題。
本發(fā)明鋁合金的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體鑄件可以通過(guò)已知的鋁合金沉淀硬化機(jī)理來(lái)進(jìn)行熱處理以提高機(jī)械性能。例如，T5回火工藝由在中溫下對(duì)鑄件進(jìn)行人工老化組成，一般從300～450°F，直至12小時(shí)或者更長(zhǎng)。更高要求的鑄件應(yīng)用可能需要峰值強(qiáng)度的T6回火，它由在接近但低于合金固相線溫度的溫度下一般進(jìn)行4～12小時(shí)溶液處理組成，但是或多或少取決于鑄件微觀結(jié)構(gòu)的最初階段。鑄件在合適的淬火液例如水，油或聚合物，或快速流動(dòng)的空氣中從溶液溫度淬火。這種淬火將熱處理的鑄件快速冷卻穿過(guò)臨界溫度區(qū)，通常為850°F～450°F。一旦冷卻，鑄件通常需要在室溫下保存1～24小時(shí)，然后再加熱到中等溫度，類似于T5回火。在尺寸穩(wěn)定性至關(guān)重要的應(yīng)用中，需要T7回火。這類似于T6回火，除了在較高的溫度或很長(zhǎng)時(shí)間或兩者兼有的條件之下完成人工老化循環(huán)來(lái)達(dá)到一定的更柔軟的狀態(tài)外，但具有更好的尺寸穩(wěn)定性。
發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體鑄件即將被機(jī)加工成復(fù)雜機(jī)體結(jié)構(gòu)的最終尺寸。這種機(jī)加工包括一定量的鉆孔，珩磨等等以完成發(fā)動(dòng)機(jī)裝配用機(jī)體。因此，鑄體材料的可機(jī)加工性對(duì)其用于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。此外，在用于測(cè)試或合金評(píng)估目的的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體鑄件情況下，機(jī)體即將被機(jī)加工成測(cè)試試樣。
對(duì)于機(jī)械性能和物理性能測(cè)試，適當(dāng)?shù)貜那S承軸頸和汽缸體的頂蓋螺栓軸套截取試件，然后機(jī)加工成用于測(cè)試的測(cè)試試樣的幾何形狀。其他的測(cè)試應(yīng)用需要特別幾何形狀的測(cè)試鑄件，例如用于可機(jī)加工性測(cè)試的肋板鑄件。把這些鑄件磨平以便于不依賴于鑄件的表面情況進(jìn)行鉆孔和攻螺紋測(cè)試來(lái)判斷新合金對(duì)工具磨損速率的影響。
發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體鑄件的具體實(shí)施例和合金的比較評(píng)價(jià)對(duì)于4.3升的排量，汽油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的V-8系列汽缸體是采用重力澆鑄至造型砂模中的。一些模具有冷卻塊以形成限定鑄件的曲軸軸承軸頸部分的空腔部分。這種“激冷”發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體鑄件的其它表面則通過(guò)模具的造型砂部分形成。
有些鑄件采用本發(fā)明實(shí)施方案中的特定組成的合金來(lái)鑄造。該組成為，以重量百分比計(jì)，10.7％的硅，0.37％的鐵，0.72％的錳，1.0％的銅，0.42％的鎂，除偶然會(huì)有的雜質(zhì)外其余基本上為鋁。重要地是，在這種合金中Mn/Fe的重量比為1.94。
為了比較鑄件性能，采用目前用來(lái)制造這種發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件的市售合金AA319和AA356以冷鑄的方法制造相同形狀的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體。AA319的組成為，以重量百分比計(jì)，6.5％的硅，0.8％的鐵，0.5％的錳，3.5％的銅，0.4％的鎂，3.0％的鋅，0.25％的鈦，其余為鋁。AA356的組成為，以重量百分比計(jì)，7.0％的硅，0.2％的鐵，0.1％的錳，0.20％的銅，0.2％的鎂，0.05％的鋅，0.20％的鈦，其余為鋁。AA319和AA356合金都用于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的鑄造。它們有適于鑄造這種具有空間接近的缸體和冷卻通道的復(fù)雜結(jié)構(gòu)流動(dòng)性。這些市售合金的鑄件能被快速機(jī)加工而沒有不可接受的工具磨損。然而，這種鑄件對(duì)來(lái)自密封的活塞和活塞環(huán)以及來(lái)自缸膛內(nèi)的滑行嚙合帶來(lái)的過(guò)量的磨損非常敏感。必須將這些鐵的襯筒或者其它耐磨損的襯筒材料安裝在AA319和356組合物的鑄件缸體內(nèi)。制造和安裝這種襯筒顯著增加了使用這些市售合金的鑄造缸體的發(fā)動(dòng)機(jī)成本。
在適用于合金的操作下制備各個(gè)熔體，使其達(dá)到指定的組成。本發(fā)明高M(jìn)n/Fe比的合金熔體在1200°F保溫和處理。澆鑄鑄體并冷卻和凝固。鑄體從砂模中分離并熱處理，然后老化至T6回火狀態(tài)。拉伸和疲勞測(cè)試試樣從澆鑄發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體的頂蓋螺栓軸套表面截取(鑄件的非激冷區(qū)以得到平均性能)。將從本發(fā)明合金鑄造的缸體上截取的試樣的拉伸屈服強(qiáng)度(Ys)值和極限拉伸強(qiáng)度(UTS)值與AA319和356發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體鑄件的Ys和UTS值相比較。更重要的是，本發(fā)明的鑄造合金展示的屈服強(qiáng)度，極限拉伸強(qiáng)度，屈服時(shí)的延伸率和疲勞強(qiáng)度值適用于發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體應(yīng)用。而且，本發(fā)明鋁合金組合物的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體鑄件適合于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體制造的機(jī)加工。鑄件具有低的孔隙率，一般低于1％，以體積計(jì)。令人吃驚的是，本發(fā)明的合金表現(xiàn)出適當(dāng)?shù)哪湍p性能和發(fā)動(dòng)機(jī)工作中的耐久性能，以至于不需要獨(dú)立的汽缸襯筒。
從已準(zhǔn)備好的缸膛選取幾部分進(jìn)行高速臺(tái)架試驗(yàn)(Cameron-Plint)20小時(shí)，所述缸膛包括來(lái)自AA319汽缸體(沒有鐵襯筒)，具有鐵襯筒的AA319汽缸體，具有商用過(guò)共晶Al-Si襯筒的AA319汽缸體和本發(fā)明高M(jìn)n/Fe比的鋁合金汽缸體的膛?；钊h(huán)的部分在控制的溫度和潤(rùn)滑油條件下在商業(yè)的Cameron-Plint測(cè)試裝置中對(duì)著每個(gè)汽缸體運(yùn)動(dòng)。這個(gè)測(cè)試在20小時(shí)里在高的負(fù)荷下進(jìn)行加速磨損。這些試驗(yàn)中實(shí)施的測(cè)試通過(guò)運(yùn)行不同缸膛材料和磨損速度的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)校準(zhǔn)。已經(jīng)確定當(dāng)測(cè)試磨損傷痕體積小于0.5立方毫米時(shí)，這種缸膛材料的發(fā)動(dòng)機(jī)將通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性測(cè)試，是商業(yè)應(yīng)用的合格產(chǎn)品。
對(duì)每個(gè)缸膛的截取部分運(yùn)行20小時(shí)后的結(jié)果進(jìn)行分析并且對(duì)汽缸壁上的傷痕的用立方毫米計(jì)的磨損體積進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量。在這些測(cè)試中本發(fā)明合金的傷痕體積(0.25-0.5mm3)比裸露的AA319缸體的傷痕體積(0.8～1.3mm3)小得多，與過(guò)共晶Al-Si襯筒(0.28～0.5mm3)的磨損相當(dāng)。本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體表現(xiàn)出比具有傳統(tǒng)的鐵襯筒的發(fā)動(dòng)機(jī)(大約0.1mm3)稍多的磨損。當(dāng)然，本發(fā)明鋁合金汽缸體保留了鋁合金缸膛的的導(dǎo)熱性優(yōu)勢(shì)和無(wú)襯筒鋁合金的成本優(yōu)勢(shì)。
Mn/Fe的重量比本發(fā)明的一個(gè)重要特征就是控制鋁合金組合物中Mn/Fe的重量比。因?yàn)橥ǔ４嬖阼F，銅和/或鎳，所以關(guān)注本發(fā)明鋁合金中錳的含量非常重要。如前面所述，鐵和鎳常出現(xiàn)在鋁合金中，銅常作為一種強(qiáng)化元素添加。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)這種鋁合金中鐵的重量百分含量為0.4％或者更高時(shí)，優(yōu)選合金中錳的含量至少為鐵的重量的1.2～1.5倍。當(dāng)然已經(jīng)知道，錳的原子量(54.938)和鐵的原子量(55.847)非常接近，因此，所需的重量比接近原子比。當(dāng)存在鎳和/或添加了銅時(shí)高錳含量仍是非常重要的，即使具有相對(duì)低的鐵含量。
高錳含量對(duì)合金的強(qiáng)度有貢獻(xiàn)。錳含量也對(duì)這種可鑄造合金的耐磨損性能有貢獻(xiàn)，這在汽缸體缸膛區(qū)域是至關(guān)重要的。一般認(rèn)為合金中錳原子的豐度對(duì)強(qiáng)化和硬化微觀結(jié)構(gòu)有貢獻(xiàn)。
圖2描述了本發(fā)明代表的合金中錳含量增加對(duì)以百萬(wàn)帕斯卡為單位的極限拉伸強(qiáng)度(UTS，MPa)的影響，其中錳的含量以Mn/Fe的重量比表示。合金的成分為，以重量百分比計(jì)，11.75％的硅，0.4％的鐵，2.1％的銅，0.22％的鎂，0.03％的鍶，除了錳外其余為鋁。根據(jù)Mn/Fe的重量比從0.1增加到2制取了一系列的鑄件，重量比數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖1所示。凈化這些鑄件，熱處理至T6回火態(tài)，從這些鑄件機(jī)加工得到拉伸測(cè)試試樣。
圖2是鋁合金鑄件試樣的UTS(MPa)值隨錳含量增加而變化的圖，橫坐標(biāo)表示Mn/Fe的重量比。從這些示范性的合金數(shù)據(jù)中看到UTS隨錳含量增加而增加。在特定的合金和熱處理情況下，在這種合金的Mn/Fe的重量比約為1.3時(shí)可得到UTS的最大值約310MPa。如前所述，依照本發(fā)明的這種高M(jìn)n/Fe比制得的鋁質(zhì)汽缸體的耐磨損性適合于發(fā)動(dòng)機(jī)使用，不需使用鐵的汽缸襯筒或類似的東西。
已根據(jù)特定的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。然而，其它實(shí)施方案能夠容易地被本領(lǐng)域技術(shù)人員所采用。本發(fā)明的范圍僅由以下權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種用于鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的鋁合金，所述合金主要由，以重量百分比計(jì)，9.5～12.5％的硅，0.1～1.5％的鐵，0.2～3％的錳，0.1～0.6％的鎂，至多0.05％的鍶，余量的鋁組成，其中當(dāng)鐵的含量等于或者大于0.4％時(shí)Mn/Fe的重量比至少為1.2～1.75，當(dāng)合金中鐵的含量小于0.4％時(shí)Mn/Fe的重量比至少為0.6～1.2。
2.一種用于鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的鋁合金，所述合金主要由，以重量百分比計(jì)，9.5～12.5％的硅，0.1～1.5％的鐵，1.5～4.5％的銅，0.2～3％的錳，0.1～0.6％的鎂，至多2.0％的鋅，0～1.5％的鎳，至多0.25％的鈦，至多0.05％的鍶，余量的鋁組成，其中當(dāng)鐵的含量等于或者大于0.4％時(shí)Mn/Fe的重量比至少為1.2～1.75，當(dāng)合金中鐵的含量小于0.4％時(shí)Mn/Fe的重量比至少為0.6～1.2。
3.一種如權(quán)利要求2所述的用于鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的鋁合金，其中當(dāng)銅含量超過(guò)1.5％或者鎳含量超過(guò)0.75％時(shí)，Mn/Fe的重量比至少為1.2～1.75。
4.一種用于鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的鋁合金，所述合金主要由，以重量百分比計(jì)，11.25～11.75％的硅，0.35～0.65％的鐵，1.75～2.75％的銅，0.4～1.2％的錳，0.15～0.3％的鎂，至多0.5％的鋅，痕量的鎳，至多0.2％的鈦，0.01～0.03％的鍶，余量的鋁組成，其中Mn/Fe的重量比至少為1.2～1.75。
5.一種由如權(quán)利要求1所述的合金成型的用于內(nèi)燃機(jī)的鑄造的汽缸體。
6.一種由如權(quán)利要求2所述的合金成型的用于內(nèi)燃機(jī)的鑄造的汽缸體。
7.一種由如權(quán)利要求3所述的合金成型的用于內(nèi)燃機(jī)的鑄造的汽缸體。
8.一種由如權(quán)利要求4所述的合金成型的用于內(nèi)燃機(jī)的鑄造的汽缸體。
全文摘要
公開了一種鋁合金，其適用于鑄造和機(jī)加工發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體，尤其適用于汽油燃料機(jī)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。該鑄件對(duì)于這種發(fā)動(dòng)機(jī)而言有好的強(qiáng)度和對(duì)活塞/密封圈拉缸的耐磨損能力。該合金包括，以重量百分計(jì)，9.5～12.5％的硅，0.1～1.5％的鐵，1.5～4.5％的銅，0.2～3％的錳，0.1～0.6％的鎂，至多2.0％的鋅，0～1.5％的鎳，至多0.25％的鈦，至多0.05％的鍶，其余為鋁，其中當(dāng)鐵的含量等于或者大于0.4％時(shí)Mn/Fe的重量比為1.2～1.75或更高，當(dāng)合金中鐵的含量小于0.4％時(shí)Mn/Fe的重量比為至少0.6～1.2。
文檔編號(hào)C22C21/04GK1809647SQ200480017528
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者H·W·多蒂 申請(qǐng)人:通用汽車公司