铝活塞用的铝合金材料及其加工方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010632959.2 (22)申请日 2020.07.04 (71)申请人 安徽恒明工程技术有限公司 地址 230000 安徽省合肥市高新区海棠路 150号1401室 (72)发明人 葛平平 (74)专利代理机构 合肥市元璟知识产权代理事 务所(普通合伙) 34179 代理人 司志红 (51)Int.Cl. C22C 21/04(2006.01) C22C 1/03(2006.01) C22C 1/06(2006.01) C22C 47/08(2006.01) C22C

2、49/06(2006.01) C22C 49/14(2006.01) F02F 3/00(2006.01) C22C 101/10(2006.01) (54)发明名称 一种铝活塞用的铝合金材料及其加工方法 (57)摘要 本发明公开了一种铝活塞用的铝合金材料 及其加工方法， 所述铝活塞用的铝合金材料包括 以下重量百分比的原料： 硅10-15； 镍0 .8- 2.5； 铜0.5-3.5； 镁0.32-0.67； 锰0.35- 0.55； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的 重量百分比总和为100； 本发明的铝合金材料 加工是采用将再生铝和电解铝放于物料集中反 射炉中， 进行混合加热至850直至熔化

3、后得到 铝液， 熔炼后将温度降至740-755， 再依次添加 硅、 铜、 镁、 锰、 镍元素， 调配各原料组分， 搅拌静 置； 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铸造、 均匀化 处理后得到本发明的铝合金材料。 本发明提高了 铝合金材料的抗冲击能力、 抗拉强度、 耐高温性 能。 权利要求书1页 说明书5页 CN 111705246 A 2020.09.25 CN 111705246 A 1.一种铝活塞用的铝合金材料， 其特征在于， 包括以下重量百分比的原料： 硅10-15； 镍0.8-2.5； 铜0.5-3.5； 镁0.32-0.67； 锰0.35-0.55； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分

4、的重量百分比总和为100。 2.根据权利要求1所述的铝活塞用的铝合金材料， 其特征在于， 还包括： 铬0.01-0.06； 钛0.03-0.05。 3.根据权利要求1所述的铝活塞用的铝合金材料， 其特征在于， 包括以下重量百分比的 原料： 硅11-15； 镍0.15-2.2； 铜0.8-2.5； 镁0.45-0.58； 锰0.35-0.5； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和为100。 4.根据权利要求1所述的铝活塞用的铝合金材料的加工方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 将再生铝和电解铝放于物料集中反射炉中， 进行混合加热至850直至熔化后得到铝 液， 熔炼后将温度降至740

5、-755， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍元素， 调配各原料组分， 搅拌 静置； 其中： 熔化前配料时， 针对再生铝中存在的铁质元素， 采取五级磁选分离方式进行铁 杂质的分离； 采用富铈混合稀土作为变质剂对步骤 （1） 中的铝液进行变质处理； （3） 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铝液静置， 其中： 精炼处理时， 采取添加一定量的除 铁剂； （4） 铸造、 均匀化处理后得到本发明的铝合金材料。 5.根据权利要求4所述的铝活塞用的铝合金材料的加工方法， 其特征在于， 在步骤 （1） 中采用碳纤维分散技术把碳纤维加入到熔化后的铝硅合金熔液中， 用超声波搅拌进行分散 处理， 以使分散均匀

6、。 6.根据权利要求5所述的铝活塞用的铝合金材料， 其特征在于， 在步骤 （1） 中， 熔炼后将 温度降至740， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍元素。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111705246 A 2 一种铝活塞用的铝合金材料及其加工方法 技术领域 0001 本发明属于合金材料加工技术领域， 特别是涉及一种铝活塞用的铝合金材料及其 加工方法。 背景技术 0002 活塞是汽车发动机的核心部件， 是 工业强基 重点发展方向。 随着国VI排放标准 的制定及在部分城市的提前实施， 尤其是自主品牌车企， 因为技术及车型准备不充分将会 受到较为严重的影响。 从国V到国VI的排放升级，

7、涉及到整个汽车产业链的升级。 而非道路 机械柴油机的节能减排要求必将同步提升。 因此， 对于非道路柴油发动机燃油效率、 抗冲击 能力等性能将进一步提高。 一方面， 柴油发动机燃油充分燃烧的情况下， 会产生高温高压环 境； 另一方面， 柴油发动机在非正常工作环境下瞬间产生的爆压极大， 活塞作为发动机燃烧 室的关键部件， 对其抗冲击能力、 抗拉强度、 耐高温性能要求极高。 0003 现有的活塞因高温抗拉强度的限制， 在发动机产生高爆压环境中的稳定性不可 靠， 存在一定风险。 在活塞加工生产中， 受国内专用制造设备精度及工艺制造水平的影响， 我国柴油机活塞整体产品质量水平较低， 其产品性能波动变化较

8、大， 亟需通过提升制造装 备水平及工艺的优化和革新， 来提升活塞产品整体质量水平。 因此， 研究开发活塞用高比强 铝合金材料及其活塞产品的加工生产应用， 提高活塞恶劣环境中的工作性能具有重要意 义。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种铝活塞用的铝合金材料及其加工方法， 其可以提高铝活 塞的抗冲击能力、 抗拉强度和耐高温性能。 0005 为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种铝活塞用的铝合金材料， 其包括以下重量百分比的原料： 硅10-15； 镍0.8-2.5； 铜0.5-3.5； 镁0.32-0.67； 锰0.35-0.55； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和

9、为100。 0006 优选地， 所述的铝活塞用的铝合金材料还包括： 铬0.01-0.06， 钛0.03-0.05。 0007 优选地， 所述的铝活塞用的铝合金材料包括以下重量百分比的原料： 硅11-15； 镍0.15-2.2； 铜0.8-2.5； 镁0.45-0.58； 说明书 1/5 页 3 CN 111705246 A 3 锰0.35-0.5； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和为100。 0008 所述的铝活塞用的铝合金材料的加工方法， 其包括以下步骤： （1） 将再生铝和电解铝放于物料集中反射炉中， 进行混合加热至850直至熔化后得到 铝液， 熔炼后将温度降至740-75

10、5， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍元素， 调配各原料组分， 搅 拌静置； 其中： 熔化前配料时， 针对再生铝中存在的铁质元素， 采取五级磁选分离方式进行 铁杂质的分离； （2） 采用富铈混合稀土作为变质剂对步骤 （1） 中的铝液进行变质处理； （3） 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铝液静置， 其中： 精炼处理时， 采取添加一定量的除 铁剂； （4） 铸造、 均匀化处理后得到本发明的铝合金材料。 0009 优选地， 在步骤 （1） 中采用碳纤维分散技术把碳纤维加入到熔化后的铝硅合金熔 液中， 用超声波搅拌进行分散处理， 以使分散均匀。 0010 优选地， 在步骤 （1） 中， 熔炼

11、后将温度降至740， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍元 素。 0011 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 本发明采用再生铝和电解铝混合熔炼后添加铜、 镁、 锰、 镍热强元素， 提高了铝合金材 料在高温和常温下的抗拉强度； 采用富铈混合稀土作为变质剂对铝液进行变质处理， 使得 材料初生Si相和A1-Si共晶相组织细化， 进一步提高合金的性能； 采用碳纤维分散技术把碳 纤维加入到熔化后的铝硅合金熔液中， 用超声波搅拌对其进行分散处理， 以使其分散均匀， 并获得更高热稳定性能、 更高抗拉强度性能的铝合金材料， 利用本发明中的铝合金材料加 工的铝活塞使用性能得到大大提升。 具体实施方式 0

12、012 下面结合实施例详细说明本发明的技术方案， 但保护范围并不受此限制。 0013 实施例一： 一种铝活塞用的铝合金材料， 其包括以下重量百分比的原料： 硅10； 镍0.8； 铜0.5； 镁0.32； 锰0.35； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和为100。 0014 所述的铝活塞用的铝合金材料的加工方法， 其包括以下步骤： （1） 将再生铝和电解铝放于物料集中反射炉中， 进行混合加热至850直至熔化后得到 铝液， 熔炼后将温度降至740-755， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍元素， 调配各原料组分， 搅 拌静置； 其中： 熔化前配料时， 针对再生铝中存在的铁质元素，

13、 采取五级磁选分离方式进行 铁杂质的分离； （2） 采用富铈混合稀土作为变质剂对步骤 （1） 中的铝液进行变质处理； 说明书 2/5 页 4 CN 111705246 A 4 （3） 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铝液静置， 其中： 精炼处理时， 采取添加一定量的除 铁剂； （4） 铸造、 均匀化处理后得到本发明的铝合金材料。 0015 实施例二： 一种铝活塞用的铝合金材料， 其包括以下重量百分比的原料： 硅15； 镍2.5； 铜3.5； 镁0.67； 锰0.55； 铬0.06； 钛0.05； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和为100。 0016 所述的铝活塞用的铝合金材

14、料的加工方法， 其包括以下步骤： （1） 将再生铝和电解铝放于物料集中反射炉中， 进行混合加热至850直至熔化后得到 铝液， 熔炼后将温度降至740-755， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍、 铬和钛元素， 调配各原料 组分， 搅拌静置； 其中： 熔化前配料时， 针对再生铝中存在的铁质元素， 采取五级磁选分离方 式进行铁杂质的分离； （2） 采用富铈混合稀土作为变质剂对步骤 （1） 中的铝液进行变质处理； （3） 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铝液静置， 其中： 精炼处理时， 采取添加一定量的除 铁剂； （4） 铸造、 均匀化处理后得到本发明的铝合金材料。 0017 实施例三： 一

15、种铝活塞用的铝合金材料， 其包括以下重量百分比的原料： 硅11； 镍0.8； 铜0.8； 镁0.55； 锰0.35； 铬0.03； 钛0.05； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和为100。 0018 所述的铝活塞用的铝合金材料的加工方法， 其包括以下步骤： （1） 将再生铝和电解铝放于物料集中反射炉中， 进行混合加热至850直至熔化后得到 铝液， 熔炼后将温度降至740-755， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍、 铬和钛元素， 调配各原料 组分， 搅拌静置； 其中： 熔化前配料时， 针对再生铝中存在的铁质元素， 采取五级磁选分离方 式进行铁杂质的分离； （2） 采用富铈混

16、合稀土作为变质剂对步骤 （1） 中的铝液进行变质处理； （3） 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铝液静置， 其中： 精炼处理时， 采取添加一定量的除 说明书 3/5 页 5 CN 111705246 A 5 铁剂； （4） 铸造、 均匀化处理后得到本发明的铝合金材料。 0019 实施例四： 一种铝活塞用的铝合金材料， 其包括以下重量百分比的原料： 硅12； 镍1.3； 铜1.5； 镁0.32； 锰0.45； 铬0.01； 钛0.03； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和为100。 0020 所述的铝活塞用的铝合金材料的加工方法， 其包括以下步骤： （1） 将再生铝和电解铝放于

17、物料集中反射炉中， 进行混合加热至850直至熔化后得到 铝液， 熔炼后将温度降至740-755， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍、 铬和钛元素， 调配各原料 组分， 搅拌静置； 其中： 熔化前配料时， 针对再生铝中存在的铁质元素， 采取五级磁选分离方 式进行铁杂质的分离； （2） 采用富铈混合稀土作为变质剂对步骤 （1） 中的铝液进行变质处理； （3） 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铝液静置， 其中： 精炼处理时， 采取添加一定量的除 铁剂； （4） 铸造、 均匀化处理后得到本发明的铝合金材料。 0021 实施例五： 一种铝活塞用的铝合金材料， 其包括以下重量百分比的原料： 硅12

18、.5； 镍2； 铜3.5； 镁0.32； 锰0.53； 铬0.01； 钛0.03； 余量为铝和不可避免的杂质,各组分的重量百分比总和为100。 0022 所述的铝活塞用的铝合金材料的加工方法， 其包括以下步骤： （1） 将再生铝和电解铝放于物料集中反射炉中， 进行混合加热至850直至熔化后得到 铝液， 熔炼后将温度降至740-755， 再依次添加硅、 铜、 镁、 锰、 镍、 铬和钛元素， 调配各原料 组分， 搅拌静置； 其中： 熔化前配料时， 针对再生铝中存在的铁质元素， 采取五级磁选分离方 式进行铁杂质的分离； （2） 采用富铈混合稀土作为变质剂对步骤 （1） 中的铝液进行变质处理； （3）

19、 精炼处理， 精炼后再除渣、 除气， 铝液静置， 其中： 精炼处理时， 采取添加一定量的除 铁剂； 说明书 4/5 页 6 CN 111705246 A 6 （4） 铸造、 均匀化处理后得到本发明的铝合金材料。 0023 本发明采用再生铝和电解铝混合熔炼后添加铜、 镁、 锰、 镍热强元素， 提高了铝合 金材料在高温和常温下的抗拉强度； 采用富铈混合稀土作为变质剂对铝液进行变质处理， 使得材料初生Si相和A1-Si共晶相组织细化， 进一步提高合金的性能； 采用碳纤维分散技术 把碳纤维加入到熔化后的铝硅合金熔液中， 用超声波搅拌对其进行分散处理， 以使其分散 均匀， 并获得更高热稳定性能、 更高抗拉强度性能的铝合金材料， 利用本发明中的铝合金材 料加工的铝活塞使用性能得到大大提升。 0024 最后说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本技术方案的宗旨和范围， 其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。 说明书 5/5 页 7 CN 111705246 A 7