一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸套，尤其是一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套，以及該缸套的制備方法，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]缸套是汽車、摩托車等交通工具的發(fā)動(dòng)機(jī)上必不可少的關(guān)鍵部件，由于其工作環(huán)境惡劣，其性能要求比較嚴(yán)格。缸套是配合活塞一起作用，活塞在缸套里面往復(fù)運(yùn)動(dòng)，缸套的內(nèi)壁和活塞外壁摩擦，缸套必須具有良好的耐磨性、足夠強(qiáng)度硬度及耐高溫性能。
[0003]目前發(fā)動(dòng)機(jī)上缸套有鑄鐵缸套和鋁合金缸套，鑄鐵缸套不符合輕量化、節(jié)能降耗的主流，鋁合金缸套多采用噴射沉積技術(shù)、離心鑄造等制造，噴射沉積工藝設(shè)備要求高，還難以大規(guī)模普遍應(yīng)用，離心鑄造生產(chǎn)的鑄件在力學(xué)性能上稍有不足，難以生產(chǎn)質(zhì)量較高的缸套。
[0004]由于現(xiàn)在汽車的輕量化、節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)，新型的過(guò)共晶鋁硅缸套由于其質(zhì)輕、傳熱性能好、抗震降噪、耐磨及與現(xiàn)有的鋁合金活塞物理相容性好等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)越來(lái)越受到認(rèn)可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵缸套等，以及該缸套的制備方法。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下:
一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套，其特征在于，所述缸套化學(xué)成分為:
S1:23%-26% ；
Mg: 1.2%-1.5% ；
Cu:2.5%-3% ；
Fe: 2.8%-3.5% ；
N1:1.5%-2% ；
Cr:0.4%-0.5% ；
Al:余量。
[0007]一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套的制備方法，采用負(fù)壓重力精密鑄造工藝，按以下步驟進(jìn)行:
步驟一:按重量百分比配料；
按如下化學(xué)成分百比含量進(jìn)行配料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)％:純鋁、結(jié)晶硅、純鎂、純鎳及Al-20Fe、Al-10Cr、Al-50Cu，配制 Al-25Si_l.4Mg-3.5Fe-3Cu-2Ni_0.5Cr 合金漿料；
步驟二:熔煉
熔煉設(shè)備為電阻爐，熔煉前對(duì)合金原料進(jìn)行去水并放入熔煉爐內(nèi)熔化，Mg用自制鐘罩壓入溶液；待熔體完全熔化加入白色固體六氯乙烷精煉劑，選用牌號(hào)為HT-LQ的清渣劑凈化熔體；加入磷鹽復(fù)合變質(zhì)劑，加入量為熔體總量的0.15%，攪拌后靜置30分鐘，攪拌過(guò)程吹氬氣保護(hù)熔體表面避免氧化；
步驟三:澆注；
熔體靜置的同時(shí)預(yù)熱澆注模具，采用金屬模具澆注，待熔體溫度在740°C時(shí)進(jìn)行澆注，澆注時(shí)保持整個(gè)金屬型腔內(nèi)氣壓為0.4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
步驟四:楔壓加工處理；
鑄件冷卻后，采用楔壓加工處理鑄件，以減少鑄造缺陷及獲得細(xì)小的硅顆粒及共晶相；鑄件管壁的楔壓變形程度為20% ；
步驟五:耐磨處理；
采用8wt%的NaOH溶液在25°C條件下對(duì)合金鑄件內(nèi)表面腐蝕40min。
[0008]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，在步驟三中，其具體操作為:在原金屬型模具的適當(dāng)位置，重新開(kāi)設(shè)排氣道，并將其置于一特制的金屬罩中，該金屬罩形狀視金屬型而定，澆鑄前真空系統(tǒng)經(jīng)金屬罩的抽氣孔，直接抽出罩內(nèi)和型腔的氣體，型腔內(nèi)保持0.4個(gè)大氣壓。
[0009]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，在步驟四中，具體操作為:首先將管坯套在蕊模上一起加熱至470°C，并保溫1.5h，楔壓時(shí)管坯靜止不動(dòng)，每壓一次后管坯轉(zhuǎn)過(guò)4°?5°，進(jìn)行下一位置的壓制，完成一周壓制后，再加熱至470°C保溫30min進(jìn)行下一周循環(huán)的壓制，直至完成整個(gè)楔壓過(guò)程，楔壓變形程度為20%，
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，在步驟五中，具體操作為:在25°C條件下，堵住缸套一端，在缸套中間倒入8wt%的NaOH溶液，腐蝕40min后清洗缸套內(nèi)表面。
[0010]一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套的制備方法，采用負(fù)壓重力精密鑄造工藝，按以下步驟進(jìn)行:
步驟一:按重量百分比配料；
按如下化學(xué)成分百比含量進(jìn)行配料:純鋁、結(jié)晶硅、純鎂、純鎳及Al-20Fe、Al-lOCr、Al-50Cu，質(zhì)量分?jǐn)?shù) ％，Al-24S1-l.2Mg-3.0Fe-2.8Cu_l.6Ni_0.5Cr ；
步驟二:熔煉
熔煉設(shè)備為電阻爐，熔煉前對(duì)合金原料進(jìn)行去水并放入熔煉爐內(nèi)熔化，Mg用自制鐘罩壓入溶液；待熔體完全熔化加入白色固體六氯乙烷精煉劑，選用牌號(hào)為HT-LQ的清渣劑凈化熔體；加入磷鹽復(fù)合變質(zhì)劑，加入量為熔體總量的0.15%，攪拌后靜置30分鐘，攪拌過(guò)程吹氬氣保護(hù)熔體表面避免氧化；
步驟三:澆注；
熔體靜置的同時(shí)預(yù)熱澆注模具，采用金屬模具澆注，待熔體溫度在740°C時(shí)進(jìn)行澆注，澆注時(shí)保持整個(gè)金屬型腔內(nèi)氣壓為0.4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0011]步驟四:楔壓加工處理；
鑄件冷卻后，采用楔壓加工處理鑄件，以減少鑄造缺陷及獲得細(xì)小的硅顆粒及共晶相；鑄件管壁的楔壓變形程度為20% ；
步驟五:耐磨處理；
采用8wt%的NaOH溶液在25°C條件下對(duì)合金鑄件內(nèi)表面腐蝕40min。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的實(shí)施效果如下:
本發(fā)明所述過(guò)共晶鋁硅缸套的優(yōu)點(diǎn)如下: (I)用新設(shè)計(jì)的鋁硅合金制造的缸套與傳統(tǒng)的鑄鐵缸套相比，重量極大降低，符合業(yè)內(nèi)減重降排的發(fā)展要求。導(dǎo)熱性能好，能夠一定程度上降低發(fā)動(dòng)機(jī)缸的溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。目前發(fā)動(dòng)機(jī)上的活塞大多是鋁合金，這樣就減少了缸套與活塞之間的磨損量，發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命也得到提高。
[0013]( 2 )采用負(fù)壓重力精密鑄造工藝與國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較多的噴射沉積工藝制造過(guò)鋁合金缸套，不僅制造工藝簡(jiǎn)單，而且鑄件成品率高，這樣成本就比較低。輔以簡(jiǎn)單的楔壓加工，一定程度上消除了鑄造缺陷，使粗大的共晶組織變細(xì)小、分布更均勻，很好的提高了缸套的性能。采用特制的金屬模具澆注，經(jīng)過(guò)楔壓加工及化學(xué)腐蝕后，經(jīng)檢測(cè)，缸套的硬度>90HRB，抗拉強(qiáng)度>41OMPa。
[0014](3)針對(duì)本發(fā)明的鋁硅合金成分，為了使缸套的性能達(dá)到最優(yōu)，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，具體的設(shè)計(jì)了:
a、保持型腔內(nèi)0.4個(gè)大氣壓的負(fù)壓重力精密鑄造工藝。
[0015]b、鑄件管壁的楔壓變形程度為20%的楔壓加工工藝。
[0016]c、在保持25°C條件下，對(duì)缸套內(nèi)表面以8wt%的NaOH溶液腐蝕40min的堿腐蝕工
-H-
O
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。
[0018]一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套，其化學(xué)成分為:
S1:23%-26% ；
Mg: 1.2%-1.5% ；
Cu:2.5%-3% ；
Fe: 2.8%-3.5% ；
N1:1.5%-2% ；
Cr:0.4%-0.5% ；
Al:余量。
[0019]本發(fā)明所述過(guò)共晶鋁硅合金缸套的各組成化學(xué)元素作用如下:
a、硅的作用:在過(guò)共晶鋁硅合金中，硅含量越高，合金的耐磨性、耐熱性越好，熱膨脹系數(shù)越低，但是初晶硅會(huì)變得粗大，合金的抗拉強(qiáng)度及硬度等力學(xué)性能降低，故綜合考慮選擇硅含量為23%-26%。
[0020]b、鎂的作用:加入適量的鎂后，會(huì)在合金中生成Mg2Si相、A12CuMg、W相及Q相等，起一定彌散強(qiáng)化作用提高合金強(qiáng)度，但是鎂含量過(guò)多，會(huì)降低合金的伸長(zhǎng)率，并使合金中空隙率增大，降低合金整體的力學(xué)性能，故綜合考慮鎂含量為1.2%-1.5%。
[0021]C、銅的作用:加入適量的銅能提高合金的高溫力學(xué)性能，與Ni生成Al-N1-Cu高溫強(qiáng)化相，但銅含量過(guò)多會(huì)降低合金的耐腐蝕性和鑄造性能，熱裂傾向增大，故綜合考慮銅含量為 2.5%-3%。
[0022]d、鐵的作用:合金中加入適量的鐵，可形成穩(wěn)定的富鐵相，提高合金的耐熱性能，同時(shí)附著于初晶硅周圍，堵塞并分割了硅原子的擴(kuò)散通道，避免了鋁合金基體和初晶硅的高溫粗化。但鐵含量過(guò)多會(huì)降低合金的強(qiáng)度，故綜合考慮鐵含量為2.8%-3.5%。
[0023]e、鎳的作用:Ni多與Fe、Cu —起加入，提高合金的耐熱性能，加入量為1.5%_2%。合金中的鎳主要分布于晶粒內(nèi)部，能起到固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化等作用，還能抵消Fe加入后的有害影響。
[0024]f、鉻的作用:合金中加入0.4%-0.5%的絡(luò)，會(huì)形成Al7CrFe等金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶形核和長(zhǎng)大過(guò)程，對(duì)合金有一定強(qiáng)化作用，還能減少Fe的有害影響。
[0025]以下以具體實(shí)施例為例，詳細(xì)說(shuō)明過(guò)共晶鋁硅合金缸套的制備方法。
[0026]【實(shí)施例一】一種過(guò)共晶鋁硅合金缸套的制備方法，采用負(fù)壓重力精密鑄造工藝，按以下步驟進(jìn)行:
步驟一:按重量百分比配料；
按如下化學(xué)成分百比含量進(jìn)行配料:純鋁、結(jié)晶硅、純鎂、純鎳及Al-20Fe、Al-lOCr、Al-50Cu (質(zhì)量分?jǐn)?shù) ％)，配制 Al-25S1-l.4Mg-3.5Fe-3Cu-2N1-0.5Cr 合金漿料；
步驟二:熔煉
熔煉設(shè)備為電阻爐，熔煉前對(duì)合金原料進(jìn)行去水并放入熔煉爐內(nèi)熔化，Mg用自制鐘罩壓入溶液；待熔體完全熔化加入白色固體六氯乙烷精煉劑，選用牌號(hào)為HT-LQ的清渣劑凈化熔體；加入磷鹽復(fù)合變質(zhì)劑，加入量為熔體總量的0.15%，攪拌后靜置30分鐘，攪拌過(guò)程吹氬氣保護(hù)熔體表面避免氧化；
步驟三:澆注；
熔體靜置的同時(shí)預(yù)熱澆注模具，采用金屬模具澆注，待熔體溫度在740°C時(shí)進(jìn)行澆注，澆注時(shí)保持整個(gè)金屬型腔內(nèi)氣壓為0.4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0027]步驟四:楔壓加工處理；
鑄件冷卻后，采用楔壓加工處理鑄件，以減少鑄造缺陷及獲得細(xì)小的硅顆粒及共晶相；鑄件管壁的楔壓變形程度為20% ；
步驟五:耐磨處理；
采用8wt%的NaOH溶液在25°C條件下對(duì)合金鑄