一種飛機發動機活塞用耐熱鋁合金的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及^-種飛機發動機活塞用耐熱鋁合金,屬于鋁合金材料領域。
【背景技術】
[0002]鋁合金材料具有密度小，比強度高，比剛度高,彈性好，抗沖擊性能良好、耐腐蝕，高導電，高導熱,易表面著色,易加工，可回收再生等優良特性，廣泛應用于交通運輸、建筑裝飾、航空航天、機械電器、電子通訊、能源動力等行業。尤其在航空航天工業中，鋁合金材料是首選的輕量化結構材料，因此用量非常大，在飛機用材中，鋁材用量占80%以上，同時飛機對鋁合金材料的性能要求也較苛刻。飛機發動機活塞的工作環境溫度可達到200-400X:,因此急需開發一種耐高溫鋁合金材料，以滿足飛機發動機活塞的性能要求。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種能夠在350-450°C溫度下長期工作且不發生蠕變的飛機發動機活塞用耐熱鋁合金及其制備方法。
[0004]為實現上述目的,本發明采用如F技術方案:
一種飛機發動機活塞用耐熱鋁合金，由以下重量百分比的元素組成=Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti 0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04、W 0.015-0.025、Rb0.005-0.0USc 0.04-0.08、Ce0.03-0.05、Gd 0.02-0.03,余量為 Al。
[0005]一種飛機發動機活塞用耐熱鋁合金的制備方法,包括以下步驟:按上述元素組成進行配料,將爐料依次投入熔煉爐中在740-770°C下進行熔煉,待金屬完全熔化后調整溫度為730-750°C,加入精煉劑精煉15-20min，扒渣后靜置20_30min,將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以120-150°C /h升溫至250-300°C,保溫2_3h，再以 60-80 0C /h 升溫至 420-440 °C，保溫 3-5h，然后以 70-90 °C /h 降溫至 240-260 °C，保溫2-3h，再以 80-1OCTC /h 升溫至 350-380°C,保溫 3-4h,再以 60-80。。/h 升溫至 490?510°C,保溫4-6h,然后以100-120。。/h降溫至260-280°C,保溫l_2h,再放入0_5°C冰鹽水中水淬至40-500C ;取出合金以40-500C /h升溫至80-90°C,保溫15_20h,再以50_60°C /h升溫至185-195?，保溫10-15h,再以30-40°C /h降溫至95-105°C ,保溫14-18h,空冷至室溫，然后以80-900C /h升溫至160-180°C,保溫12-16h,再以40-50。。/h降溫至70-80°C,保溫18-22,,空冷至室溫即可。
[0006]所述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鈉10-15、氯化鉀5-10、碳酸鈉3-6、氟化鎂4-8、氟娃酸鈉3-6、赤泥5-10、草木灰2-4、冰晶石8-12、白云石5-10、硅藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻,粉碎過200-300目篩,然后加入適量的水濕法球磨12-24h, 110-1201:干燥l_2h,再在760_820°C煅燒20-30min,升溫至1200-1250°C繼續煅燒l_2h,水淬，濕法球磨,烘千,過200-300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至810-840°C，待其全部熔融后,加入其余原料以及步驟b制得的粉末,攪拌20-30min,然后倒入冰水中冷淬,得到破碎的顆粒,濕法球磨,烘千，過200-300目篩即可。
[0007]本發明的有益效果:
本發明在鋁硅合金的基礎上，加入Cu、Ni產生耐熱相以提高耐熱溫度；同時添加了在平衡條件下幾乎不固溶于鋁的過渡族金屬元素Zr、T1、Cr、W、Cd、Mo等和稀土元素Sc、Ce、Gd，—匕述過渡族金屬元素和稀土元素以高溫穩定高彈性模量彌散的金屬間化合物存在，從而強化了基體和晶界，該強化相使得鋁合金表現出優異的高溫綜合力學性能。本發明制得的鋁合金材料耐熱性優異,高溫強度高，韌性高,塑性好,熱穩定好,耐磨性好，可在350-450°C溫度下長期工作,使用壽命長，完全滿足飛機發動機活塞的性能要求。
【具體實施方式】
[0008](I)按照重量百分比的元素組成為:Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr 0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04,W 0.015-0.025、Rb 0.005-0.0USc 0.04-0.08、Ce0.03-0.05、Gd 0.02-0.03，余量為 Al 進行配料；
(2)將爐料依次投入熔煉爐中在750°C下進行熔煉,待金屬完全熔化后調整溫度為7350C,加入精煉劑精煉20min,扒渣后靜置25min,將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以14(TC /h升溫至280Γ,保溫2h，再以70°C /h升溫至420Γ,保溫5h,然后以80dC /h降溫至2500C，保溫3h，再以100°C /h升溫至380°C，保溫3h，再以70°C /h升溫至505°C,保溫4h,然后以120°C /h降溫至270 V,保溫Ih,再放入2°C冰鹽水中水淬至50°C ;取出合金以50V /h升溫至90。。,保溫15h,再以60°C /h升溫至190°C,保溫1h,再以35V /h降溫至105? ,保溫14h，空冷至室溫，然后以85°C /h升溫至170°C，保溫14h，再以50°C /h降溫至75°C，保溫20h，空冷至室溫即可。
[0009]上述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量(kg)的原料:氯化鈉15、氯化鉀8、碳酸鈉4、氟化鎂6、氟硅酸鈉4、赤泥8、草木灰3、冰晶石10、白云石8、硅藻土 6、重晶石8 ；b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過200目篩，然后加入適量的水濕法球磨24h, 115°C干燥Ih,再在820°C煅燒20min，升溫至1220°C繼續煅燒lh，水淬,濕法球磨，烘干,過250目篩,待用將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至820°C，待其全部熔融后,加入其余原料以及步驟b制得的粉末,攪拌25min,然后倒入冰水中冷淬,得到破碎的顆粒,濕法球磨,烘千，過300目篩即可。
[0010]經檢驗，制得的鋁合金化學成分為:Si13.24%、Cu 4.18%、Mg 0.97%、Ν?3.22%、Mn0.26%、Fe 0.51%、Mo 0.33%、Cr 0.086%、Zn 0.14%、Ti 0.068%、Zr 0.045%、Cd 0.038%、W0.018%、Rb 0.0079%、Sc 0.072%、Ce0.043%、Gd 0.025%,余量為 Al ;該鋁合金在 400°C 時的力學性能為:抗拉強度318MPa,屈服強度225MPa,伸長率21.4%。
【主權項】
1.一種飛機發動機活塞用耐熱鋁合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素組成:Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr 0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti 0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04、W0.015-0.025、Rb 0.005-0.01、Sc 0.04-0.08、Ce0.03-0.05、Gd 0.02-0.03，余量為 Al。
2.如權利要求1所述的飛機發動機活塞用耐熱鋁合金的制備方法,其特征在于包括以下步驟:按上述元素組成進行配料,將爐料依次投入熔煉爐中在740-77(TC下進行熔煉,待金屬完全熔化后調整溫度為730-75(TC ,加入精煉劑精煉15-20min,扒渣后靜置20-30min,將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以120-150°C /h升溫至250-300 0C,保溫 2-3h,再以 60-80 V /h 升溫至 420-440 V,保溫 3-5h，然后以 70-90 V /h 降溫至 240-260°C,保溫 2-3h,再以 80-100°C /h 升溫至 350-380°C,保溫 3_4h,再以 60-80°C /h升溫至490-510 0C，保溫4-6h,然后以100-120 °C /h降溫至260-280 V ,保溫l_2h,再放入O-5°C冰鹽水中水淬至40-50dC ;取出合金以40-50°C /h升溫至80-90°C，保溫15_20h,再以 50-60。。/h 升溫至 185-1.95O,保溫 10-15h,再以 30-40。。/h 降溫至 95-105°C,保溫14-18h,空冷至室溫,然后以80-90°C /h升溫至160-180°C,保溫12_16h,再以40-50°C /h降溫至70-80°C,保溫18-22h,空冷至室溫即可。
3.根據權利要求2所述的飛機發動機活塞用耐熱鋁合金的制備方法,其特征在于，所述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鈉10-1.5、氯化鉀5-10、碳酸鈉3-6、氟化f夫4-8、氟娃酸鈉3-6、赤泥5-10、草木灰2-4、冰晶石8-12、白__zx石5-10、娃操土 4-8、重晶石5-10 ；b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過200-300目篩，然后加入適量的水濕法球磨12-24h，110-120?干燥l_2h,再在760-820°C煅燒20-3()min,升溫至1200-1250°C繼續煅燒1-2h,水淬,濕法球磨，烘干，過200-300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至810-840°C,待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒,濕法球磨，烘干，過200-300目篩即可。
【專利摘要】本發明公開了一種飛機發動機活塞用耐熱鋁合金及其制備方法，其由以下重量百分比的元素組成：Si 12.6-14.2、Cu 3.5-4.5、Mg 0.8-1.2、Ni 2.4-3.6、Mn 0.15-0.35、Fe 0.3-0.7、Mo 0.2-0.4、Cr 0.05-0.1、Zn 0.1-0.2、Ti 0.04-0.08、Zr 0.03-0.06、Cd 0.02-0.04、W 0.015-0.025、Rb 0.005-0.01、Sc 0.04-0.08、Ce 0.03-0.05、Gd 0.02-0.03，余量為Al。本發明制得的鋁合金材料耐熱性優異，高溫強度高，韌性高，塑性好，熱穩定好，耐磨性好，可在350-450℃溫度下長期工作，使用壽命長，完全滿足飛機發動機活塞的性能要求。
【IPC分類】C22C1-06, C22F1-043, C22C21-02, C22C1-02
【公開號】CN104862543
【申請號】CN201410065663
【發明人】胡蔚
【申請人】成都智利達科技有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年2月26日