CN106435296A

CN106435296A - 一种变质铝硅合金活塞

Info

Publication number: CN106435296A
Application number: CN201610989353.8A
Authority: CN
Inventors: 张达明
Original assignee: Wuxi Mingsheng Strong Blower Co Ltd
Current assignee: Wuxi Mingsheng Strong Blower Co Ltd
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明公开了一种变质硅铝合金活塞，所述变质硅铝合金活塞采用过共晶硅铝合金，其中按质量百分比计Si 22‑26％，Cu 0.5‑2.5％，Mg 0.3‑1.2％，Mn 0.2‑0.6％，Ti 0.2‑0.4％，Zn 0.15‑0.25％，RE 0.8‑1.2％，Sr 0.02‑0.06％，P 0.08‑0.1％，Al余量。本发明的活塞克服了传统Si‑Al合金活塞尺寸稳定性差、抗咬合负载能力差，高温时产生体积的不可逆膨胀的缺陷，使得过共晶铝硅合金中得到的初晶硅尺寸仅8‑12μm。

Description

一种变质铝硅合金活塞

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种变质铝硅合金活塞。

背景技术

零部件材料轻量化的一项重要措施就是以铝代钢。铝合金具有比重轻、易成型、比强度高、耐腐蚀性好等特点，作为轻金属广泛应用于汽车零部件上。而以Si为主加元素，辅助添加Cu、Mg等元素的Al-Si合金，不但比重比传统铝合金更轻，且具有良好的高温强度、耐磨性、耐热性和较低的热膨胀系数等优点，是代替铁基材料制备发动机活塞的理想材料，应用前景十分广阔。

亚共晶和共晶Al-Si合金克服了AlCu系合金热膨胀系数大、密度大的缺点，己经广泛应用于汽车和摩托车活塞的生产上。然而，该两类合金在实际应用中存在的致命问题是活塞尺寸稳定性差、抗咬合负载能力差，高温时产生体积的不可逆膨胀从而导致“咬缸”现象的发生，使得发动机无法正常工作。由于上述在使用性能上不可避免的缺陷，亚共晶和共晶铝硅合金作为活塞材料的应用己经越来越不能满足现代发动机高速轻量化的要求。在共晶铝硅合金的基础上，提高Si含置得到高硅过共晶铝硅合金，合金的高温力学性能、耐磨性、尺寸稳定性和抗咬合性能均有大幅度的提高。

因此，加强过共晶铝硅合金从而提高活塞的使用性能、满足不断提高的发动机性能的要求，具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种变质硅铝合金活塞，能够减小Al-Si合金中出晶硅的尺寸，实现初晶硅的细化。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种变质硅铝合金活塞，所述硅铝合金活塞采用过共晶硅铝合金，其中按质量百分比计Si 22-26％，Cu 0.5-2.5％，Mg 0.3-1.2％，Mn 0.2-0.6％，Ti 0.2-0.4％，Zn 0.15-0.25％，RE 0.8-1.2％，Sr 0.02-0.06％，P 0.08-0.1％，Al余量。

本发明的在先发明“一种铝硅合金活塞”公开了一种铝硅合金活塞，其采用过共晶硅铝合金，其中按质量百分比计Si 22-26％，Cu 0.5-2.5％，Mg 0.3-1.2％，Mn 0.2-0.6％，Ti 0.2-0.4％，Zn 0.15-0.25％，Al余量。但经研究发现，其未经变质，会存在一些缺陷，变质后，其性能会有进一步提升。

本发明采用P-RE-Sr复合变质剂对其进行变质。在二元变质中Sr对初晶硅细化没有作用，但在P-RE-Sr三元复合变质后，过共晶硅铝合金却得到了优于P-RE二元复合变质的结果，得到的初晶硅尺寸仅8-12μm，好于P-RE二元变质的20-25μm。不仅如此，铝硅合金的共晶硅不仅尺寸细小，而且已大部分呈蠕球杆状，好于PM变质的短杆状共晶硅。

通过对过共晶Al-Si合金的研究发现，当Si含量为22-26％时，合金凝固时具有最小的凝固收缩率。Al-Si合金的磨损率随着Si含量的增加先下降后升高，未变质的铝硅合金磨损率最低点在Si含量21％左右，而变质过的铝硅合金最低点在26％左右。因此本发明将Si含量确定在22-26％，优选23-24％。

Al-Si合金中单独加入少量的Mg形成Mg₂Si强化相。淬火时，Mg₂Si融入α固溶体中，时效处理后又形成弥散相析出，使得α固溶体的结晶点阵发生畸变，从而强化合金，显著提高强度，但合金延伸率会下降。

Cu可以提高铝合金的硬度和高温力学性能，其固溶作用还可以提高铝合金的抗疲劳强度。但由于Cu的化学电位比Al高，易产生晶间腐蚀与应力腐蚀，降低铝合金的耐蚀性。

在本发明中，同时加入Cu和Mg，在铝合金中形成W强化相(Al_xMg₅Si₄Cu₄)，相比Mg₂Si和CuAl₂相，W相的强化效果最好，能大幅促进合金力学性能的提高。但Cu和Mg在Al-Si合金中的总量过少，强化效果就小，但总量过高，又使得合金的塑性变差。因此本发明选择Cu0.5-2.5％，Mg 0.3-1.2％。

在本发明中，Mn用来消除Fe的有害作用。同时，Mn含量在本发明的0.2-0.6％范围内，还能增加合金塑性。由于Fe在合金中容易与Si、Al形成针状β-FeSiAl₅相，严重割裂合金基体，降低合金强韧性。Mn能使合金中Fe从针片状β-Fe相变成为细密的骨骼状α-Fe相，减少危害。

在本发明中，Ti用来细化晶粒，改善合金的力学性能和塑性，并发生包晶反应形成α(Al)相。但Ti含量不能太大，否则多余的Ti会生成游离态的TiAl₃，聚集后使得材料的力学性能下降。

本发明的所述活塞的结构及铸造方法，是本领域的已知技术，本发明不再对其赘述。

本发明通过选取特定成分的合金来制造铝硅合金活塞，使得其室温强度达到240MPa以上，300℃高温强度达到160MPa以上，硬度达到140-150HBS，能够符合活塞的要求。同时采用三元复合变质剂，使得过共晶铝硅合金中得到的初晶硅尺寸仅8-12μm。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

一种硅铝合金活塞，所述硅铝合金活塞采用过共晶硅铝合金，其中按质量百分比计Si 22％，Cu 0.5％，Mg 1.2％，Mn 0.2％，Ti 0.2％，Zn 0.15％，RE 0.8％，Sr 0.02％，P0.08％，Al余量。

经检测，使得其室温强度达到240MPa以上，300℃高温强度达到160MPa以上，硬度达到140-150HBS，初晶硅尺寸为10μm，能够符合活塞的要求。

实施例2

一种硅铝合金活塞，所述硅铝合金活塞采用过共晶硅铝合金，其中按质量百分比计Si 23.5％，Cu 2.5％，Mg 0.5％，Mn 0.4％，Ti 0.4％，Zn 0.25％，RE 1.0％，Sr 0.04％，P 0.09％，Al余量。

经检测，使得其室温强度达到240MPa以上，300℃高温强度达到160MPa以上，硬度达到140-150HBS，初晶硅尺寸为9μm，能够符合活塞的要求。

实施例3

一种硅铝合金活塞，所述硅铝合金活塞采用过共晶硅铝合金，其中按质量百分比计Si 26％，Cu 2.5％，Mg 1.2％，Mn 0.6％，Ti 0.4％，Zn 0.25％，RE 1.2％，Sr 0.06％，P0.1％，Al余量。

经检测，使得其室温强度达到240MPa以上，300℃高温强度达到160MPa以上，硬度达到140-150HBS，初晶硅尺寸为8μm，能够符合活塞的要求。

Claims

1.一种变质硅铝合金活塞，所述硅铝合金活塞采用过共晶硅铝合金，其中按质量百分比计Si 22-26％，Cu 0.5-2.5％，Mg 0.3-1.2％，Mn 0.2-0.6％，Ti 0.2-0.4％，Zn 0.15-0.25％，RE 0.8-1.2％，Sr 0.02-0.06％，P 0.08-0.1％，Al余量。

2.根据权利要求1所述的变质铝硅合金活塞，其特征在于，Si含量为23-24％。