一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法.pdf

本发明属于铝合金材料领域，涉及一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法，制备方法步骤如下：(1)将熔炼炉内温度升高至790～830℃，温度固定后向熔炼炉内加入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；(2)按照升温速率为30℃/min升高温度至880～940℃，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h；(3)按照降温速率为20℃/min降低温度为680～710℃，保温3h；(4)按照降温速率为40℃/min降低温度为230～250℃，保温1h；(5)冷却至室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。

权利要求书
1.  一种高强度的活塞用铝合金材料，其特征在于所述的高强度 的铝合金材料由以下成分组成：
Ge为0.6wt％～1.5wt％、
Cs为0.5wt％～1.0wt％、
Pd为0.2wt％～0.7wt％、
Sn为0.7wt％～1.4wt％、
Ti为0.6wt％～1.2wt％、
Tb为0.1wt％～0.4wt％、
Ce为0.2wt％～0.5wt％、
余量为Al。

2.  根据权利要求1所述的一种高强度的活塞用铝合金材料，其 特征在于所述的高强度的铝合金材料由以下成分组成：
Ge为0.9wt％～1.2wt％、
Cs为0.6wt％～0.8wt％、
Pd为0.3wt％～0.6wt％、
Sn为0.8wt％～1.1wt％、
Ti为0.9wt％～1.1wt％、
Tb为0.2wt％～0.3wt％、
Ce为0.3wt％～0.4wt％、
余量为Al。

3.  一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，其特征在于所 述的高强度的铝合金材料的制备方法步骤如下：
(1)将熔炼炉内温度升高至790～830℃，温度固定后向熔炼炉 内加入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；
(2)按照升温速率为30℃/min升高温度至880～940℃，再投 入Tb和Ce，熔炼时间为2h，各成分重量百分比为Ge为0.6wt％～ 1.5wt％、Cs为0.5wt％～1.0wt％、Pd为0.2wt％～0.7wt％、 Sn为0.7wt％～1.4wt％、Ti为0.6wt％～1.2wt％、Tb为0.1wt％～0.4wt％、 Ce为0.2wt％～0.5wt％、
余量为Al；
(3)按照降温速率为20℃/min降低温度为680～710℃，保温 3h；
(4)按照降温速率为40℃/min降低温度为230～250℃，保温 1h；
(5)冷却至室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备 方法。

4.  根据权利要求3所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制 备方法，其特征在于所述的高强度的活塞用铝合金材料的制备方法中 步骤(1)中将熔炼炉内温度升高至810℃。

5.  根据权利要求3所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制 备方法，其特征在于所述的高强度的活塞用铝合金材料的制备方法步 骤(2)按照升温速率为30℃/min升高温度至900℃。

6.  根据权利要求3所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制 备方法，其特征在于所述的高强度的活塞用铝合金材料的制备方法步 骤(3)按照降温速率为20℃/min降低温度为690℃，保温3h。

7.  根据权利要求3所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制 备方法，其特征在于所述的高强度的活塞用铝合金材料的制备方法步 骤(4)中按照降温速率为40℃/min降低温度为240℃。

说明书一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，涉及一种活塞用铝合金材料及其制 备方法，尤其是涉及一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
背景技术
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摄氏度的高温气体接触，其顶 部温度达300℃～400℃，且温度分布不均匀；在做功行程时活塞顶部 承受着很大的气体压力。活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。 因此活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其材 料具有特殊的要求：密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小； 并具有足够的高温强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。另外还应 具有容易制造、成本低廉的特点。铝合金材料以其质轻、良好热传导 性以及较低的热膨胀系数等特点因此被用于制造活塞等材料。综上述 所，制备活塞用铝合金材料需要具备较高的机械强度和较高的耐高温 强度。
发明内容
要解决的技术问题：铝合金材料由于其较为优异的导热性能和轻 质化，在活塞中的应用较多，活塞用的铝合金材料需要具备较好的机 械强度，同时还需要具备在高温下的较高的机械强度，本发明的目的 是提供一种高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
技术方案：本发明公开了一种高强度的活塞用铝合金材料，所述 的高强度的铝合金材料由以下成分组成：
Ge为0.6wt％～1.5wt％、
Cs为0.5wt％～1.0wt％、
Pd为0.2wt％～0.7wt％、
Sn为0.7wt％～1.4wt％、
Ti为0.6wt％～1.2wt％、
Tb为0.1wt％～0.4wt％、
Ce为0.2wt％～0.5wt％、
余量为Al。
所述的一种高强度的活塞用铝合金材料，所述的高强度的铝合金 材料由以下成分组成：
Ge为0.9wt％～1.2wt％、
Cs为0.6wt％～0.8wt％、
Pd为0.3wt％～0.6wt％、
Sn为0.8wt％～1.1wt％、
Ti为0.9wt％～1.1wt％、
Tb为0.2wt％～0.3wt％、
Ce为0.3wt％～0.4wt％、
余量为Al。
一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，所述的高强度的铝 合金材料的制备方法步骤如下：
(1)将熔炼炉内温度升高至790～830℃，温度固定后向熔炼炉 内加入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；
(2)按照升温速率为30℃/min升高温度至880～940℃，再投 入Tb和Ce，熔炼时间为2h，各成分重量百分比为Ge为0.6wt％～ 1.5wt％、Cs为0.5wt％～1.0wt％、Pd为0.2wt％～0.7wt％、 Sn为0.7wt％～1.4wt％、Ti为0.6wt％～1.2wt％、Tb为0.1wt％～0.4wt％、 Ce为0.2wt％～0.5wt％、 余量为Al；
(3)按照降温速率为20℃/min降低温度为680～710℃，保温 3h；
(4)按照降温速率为40℃/min降低温度为230～250℃，保温 1h；
(5)冷却至室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备 方法。
所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，制备方法中 步骤(1)中将熔炼炉内温度升高至810℃。
所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，制备方法步 骤(2)按照升温速率为30℃/min升高温度至900℃。
所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，步骤(3) 按照降温速率为20℃/min降低温度为690℃，保温3h。
所述的一种高强度的活塞用铝合金材料的制备方法，步骤(4) 中按照降温速率为40℃/min降低温度为240℃。
有益效果：本发明的活塞用铝合金材料中加入了稀土元素，有效 的提高了本发明的铝合金材料的机械强度，同时也提高了其在高温环 境下机械强度的稳定性。当铝合金材料中Ge为0.9wt％～1.2wt％、Cs 为0.6wt％～0.8wt％、Pd为0.3wt％～0.6wt％、Sn为0.8wt％～1.1wt％、 Ti为0.9wt％～1.1wt％、Tb为0.2wt％～0.3wt％、Ce为0.3wt％～0.4wt％、 余量为Al时，制备的活塞用铝合金材料的机械和耐热强度较高。
具体实施方式
实施例1
(1)将熔炼炉内温度升高至830℃，温度固定后向熔炼炉内加 入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；(2)按照升温速率 为30℃/min升高温度至940℃，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h， 各成分重量百分比为Ge为1.5wt％、Cs为0.5wt％、Pd为0.7wt％、Sn 为1.4wt％、Ti为1.2wt％、Tb为0.4wt％、Ce为0.2wt％、余量为Al； (3)按照降温速率为20℃/min降低温度为710℃，保温3h；(4)按 照降温速率为40℃/min降低温度为250℃，保温1h；(5)冷却至室 温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
实施例1的活塞用铝合金材料的拉伸强度为385MPa，200℃下12h 铝合金材料的强度残存率为91％。
实施例2
(1)将熔炼炉内温度升高至790℃，温度固定后向熔炼炉内加 入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；(2)按照升温速率 为30℃/min升高温度至880℃，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h， 各成分重量百分比为Ge为0.6wt％、Cs为1.0wt％、Pd为0.2wt％、 Sn为0.7wt％、Ti为0.6wt％、Tb为0.1wt％、Ce为0.5wt％、余量为 Al；(3)按照降温速率为20℃/min降低温度为680℃，保温3h；(4) 按照降温速率为40℃/min降低温度为230℃，保温1h；(5)冷却至 室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
实施例2的活塞用铝合金材料的拉伸强度为377MPa，200℃下12h 铝合金材料的强度残存率为90％。
实施例3
(1)将熔炼炉内温度升高至820℃，温度固定后向熔炼炉内加 入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；(2)按照升温速率 为30℃/min升高温度至930℃，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h， 各成分重量百分比为Ge为1.2wt％、Cs为0.8wt％、Pd为0.6wt％、Sn 为0.8wt％、Ti为1.1wt％、Tb为0.3wt％、Ce为0.3wt％、余量为Al； (3)按照降温速率为20℃/min降低温度为690℃，保温3h；(4)按 照降温速率为40℃/min降低温度为230℃，保温1h；(5)冷却至室 温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
实施例3的活塞用铝合金材料的拉伸强度为411MPa，200℃下12h 铝合金材料的强度残存率为93％。
实施例4
(1)将熔炼炉内温度升高至800℃，温度固定后向熔炼炉内加 入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；(2)按照升温速率 为30℃/min升高温度至890℃，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h， 各成分重量百分比为Ge为0.9wt％、Cs为0.6wt％、Pd为0.3wt％、Sn 为1.1wt％、Ti为0.9wt％、Tb为0.2wt％、Ce为0.4wt％、余量为Al； (3)按照降温速率为20℃/min降低温度为710℃，保温3h；(4)按 照降温速率为40℃/min降低温度为250℃，保温1h；(5)冷却至室 温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
实施例4的活塞用铝合金材料的拉伸强度为423MPa，200℃下12h 铝合金材料的强度残存率为94％。
实施例5
(1)将熔炼炉内温度升高至810℃，温度固定后向熔炼炉内加 入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；(2)按照升温速率 为30℃/min升高温度至900℃，再投入Tb和Ce，熔炼时间为2h， 各成分重量百分比为Ge为1.1wt％、Cs为0.7wt％、Pd为0.5wt％、Sn 为0.9wt％、Ti为1.0wt％、Tb为0.3wt％、Ce为0.4wt％、余量为Al； (3)按照降温速率为20℃/min降低温度为690℃，保温3h；(4)按 照降温速率为40℃/min降低温度为240℃，保温1h；(5)冷却至室 温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
实施例5的活塞用铝合金材料的拉伸强度为486MPa，200℃下12h 铝合金材料的强度残存率为96％。
对比例
(1)将熔炼炉内温度升高至790℃，温度固定后向熔炼炉内加 入Ge、Cs、Pd、Sn、Ti和Al，加入后熔炼1.5h；(2)按照升温速率 为30℃/min升高温度至880℃，熔炼时间为2h，各成分重量百分比 为Ge为0.6wt％、Cs为1.0wt％、Pd为0.2wt％、Sn为0.7wt％、Ti为 0.6wt％、余量为Al；(3)按照降温速率为20℃/min降低温度为680℃， 保温3h；(4)按照降温速率为40℃/min降低温度为230℃，保温1h； (5)冷却至室温，制备得高强度的活塞用铝合金材料及其制备方法。
对比例的活塞用铝合金材料的拉伸强度为331MPa，200℃下12h 铝合金材料的强度残存率为80％。