[发明专利]一种耐热铸造铝合金及其压力铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种铸造铝合金及其制备方法，具体是耐热铸造铝合金及其压力铸造制备方法，属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

随着全球石油资源的短缺，各国出台了日益严格的汽车尾气排放标准，生产出重量轻、油耗少、环保型的新型汽车是汽车工业中日益严峻的话题。为了减少能耗、降低大气污染、提高发动机的效率，提高燃烧温度已经成为发动机的重要发展趋势，相应的对发动机配件的高温强度提出了更高的要求。活塞被称为发动机的心脏，它是发动机中最重要的零件之一，其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。在发动机工作时，活塞直接与瞬时温度2200℃的高温气体接触，其顶部温度达300～400℃，且还承受着很大的气体压力，汽油机达4～5MPa，柴油机高达8～9MPa，甚至更高。因此活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。随着发动机功率的不断提高，对活塞铝合金的力学性能、耐热性及耐磨性等性能提出了更高的要求。

由于活塞主要在高温下使用，而主要提高合金室温强度的Mg₂Si、Al₂Cu等时效析出相在高温下粗化，难以再对晶界起到有效的钉轧作用。而稀土的化学活性介于碱金属和碱土金属之间，比其他金属活泼。稀土在铝合金铸造过程中起到细化初晶硅和共晶硅、微合金化及净化熔体等作用。铝合金中大多数含铁相的结晶组织都十分粗大，直接影响合金的机械性能，降低合金的流动性，增加组织不均匀性，添加稀土，可以改变铁相的存在形态，提高铝合金的铸造性能。稀土与铝合金中的多种元素形成许多含稀土的金属间化合物，这些呈弥散分布的高熔点化合物具有很好的耐热性与热稳定性，呈网状分布于晶界或枝晶间，细化了组织，有效地阻碍了基体变形和晶界移动并对位错移动起到很好的钉扎作用，从而明显提高合金的高温性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温性能优良、铸造性能良好、工艺稳定性好且经济成本低的耐热铸造铝合金及其压力铸造制备方法，尤其适用于车用发动机的活塞中。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一方面，本发明提供了一种耐热铸造铝合金，其由按重量百分数计的如下元素组成：Si9.0～14.5％，Cu2.0～5.5％，Ni1.0～3.5％，Mg0.6～1.5％，Ti0.05～0.2％，RE0.01～1.5％，Mn0.05～0.25％，Fe0.6～1.3％，余量为Al和不可避免的杂质。

作为优选方案，所述RE为Gd、Y、Nd、Sm、Er、Yb、La中的至少一种。

另一方面，本发明还提供了一种所述的耐热铸造铝合金的铸造方法，其包括如下步骤：

a、熔炼合金，得到铝合金熔体；

b、对所述铝合金熔体进行压力铸造，得到铝合金铸件。

作为优选方案，步骤a具体包括如下操作：

将工业纯铝、工业纯镁、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Mn中间合金、稀土中间合金和Al-Ti-B中间合金分别在200～250℃下进行预热；

将所述工业纯铝进行熔化，待工业纯铝熔化一半时加入Al-Si中间合金，待工业纯铝以及Al-Si中间合金全部熔化后搅匀，在720～740℃加入Al-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Mn中间合金及稀土中间合金，保温后搅匀，在710～730℃后加入Al-Ti-B中间合金，搅拌静置后，在700～720℃加入工业纯镁，待所述工业纯镁完全熔化后，在710～730℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，在680～700℃撇去表面浮渣，获得铝合金熔体。

作为优选方案，所述精炼剂的加量低于所有原料总重量的5％。

作为优选方案，所述精炼剂是常规的含钠盐、钾盐、氟盐等无机盐的铝合金精炼剂或六氯乙烷。

作为优选方案，步骤b具体包括如下操作：

将所述铝合金熔体在660～700℃下，以0.2～3.0m/s的速度压射到预热至200～250℃的模具中。