一種活塞鑄造鋁合金的製備方法與流程
2023-06-06 05:33:11
本發明屬於一種新型鋁合金的製造技術領域，具體涉及到一種活塞鑄造鋁合金的製備方法。
技術背景
發動機好比是汽車的」心臟「，而活塞則可以理解為是發動機的「中樞」，除了身處惡劣的工作環境外，它還是發動機中最忙碌的一個，不斷的進行著從下止點到上止點、從上止點到下止點的往復運動，吸氣、壓縮、做工、排氣......活塞的內部為掏空設計，更像是一個帽子，兩端的圓孔連接活塞銷，活塞銷連接連杆小頭，連杆大頭則與曲軸相連，將活塞的往復運動轉化為曲軸的圓周運動。如果活塞環的安裝不當或密封性不好，就會導致缸壁上的機油上竄至燃燒室與混合氣一起燃燒，引起燒機油現象。若活塞環與缸壁的配合間隙過小或活塞環因積碳被卡死在環槽內等情況，活塞做上下的往復運動時，很可能會將氣缸壁刮傷，長時間後會在氣缸壁上形成很深的溝紋，也就是常說的「拉缸」現象。氣缸壁有了溝紋，密封性不良，同樣會造成燒機油的情況。因此，活塞作為汽車發動機中傳遞能量的一個非常重要的構件，對其材料具有特殊的要求：密度小、質量輕、熱傳導性好、熱膨脹係數小；並具有足夠的高溫強度、耐磨和耐蝕性能、尺寸穩定性好。另外還應具有容易製造、成本低廉的特點。當前，作為活塞材料，常用的鋁合金大體可分為以下四類：(1)鋁-銅-矽系合金；(2)鋁-銅-鎳-鎂系合金；(3)鋁-矽-鎳-鎂系合金；(4)過共晶鋁-矽系合金。此外，當前的活塞行業變質處理用量最大的Al-Si合金，對其變質目前主要有兩類變質劑：含鈉變質劑和含磷變質劑。用磷變質處理的共晶Al-Si合金活塞由於大量細小初晶矽的出現，其耐磨性大大提高，使用壽命得到較大提高。因此，在活塞變質處理時多採用含磷變質劑。該類變質劑主要是以赤磷、磷鹽或銅一磷中間合金等形式加入。赤磷存在燃點低(240℃)，變質時反應劇烈，產生大量的煙霧，且有毒。環境汙染嚴重的缺點，但變質效果還是不錯的。磷鹽加入量大，汙染環境，且產生大量的反應渣，鋁液燒損較嚴重。變質效果不穩定，廢品率高。磷銅中間合金加入到鋁液中後易偏析，不適於反射爐用。
目前，我國生產的活塞用鋁合金材料性能不夠穩定，自行研製的發動機活塞的性能同美國、東歐和日本等發達國家相比，還存在一定的差距。
技術實現要素：
本發明的目的就是克服上述方法的不足而提供全新的一種活塞鑄造鋁合金的製備方法。具體包括：該鋁合金是由鋁錠、銅元素、鎂元素、矽元素、鎳元素、鉻元素、鐵元素、錳元素、鋅元素、鈦元素、鉛元素、錫元素組成。
本發明是通過以下技術方案來實現的：
一種活塞鑄造鋁合金的製備方法，其特徵在於：該鋁合金錠是由鋁錠、銅元素、鎂元素、矽元素、鎳元素、鉻元素、鐵元素、錳元素、鋅元素、鈦元素、鉛元素、錫元素組成；
具體實施方式如下：
1、原料組成及配比：銅元素1-1.3％、鎂元素1.2-1.5％、矽元素11.25-12.75％、鎳元素1.0-1.4％、鉻元素0.10％、鐵元素0.30％、錳元素0.10％、鋅元素0.10％、鈦元素0.05％、鉛元素0.05％、錫元素0.10％，其餘為鋁錠。
2、生產方法及過程：配料計算→原料除雜、去汙→爐子清理→烘乾→裝料→熔化鋁錠→加鎳元素、鉻元素、鐵元素、錳元素、鋅元素、鈦元素、鉛元素、錫元素、銅元素→第一次扒渣→加矽元素、鎂元素→在720-780度下熔煉→噴吹精煉→第二次扒渣→加高磷合金型變質劑→提溫至760-800度→攪拌均勻→取樣分析→靜置保溫、放料、過濾→鑄棒→鋸切→成品。
其中，所述的鋁錠是鋁含量≤99.80％的重熔用鋁錠。
本發明具有如下優點：
1、本發明所提出的活塞鑄造鋁合金製備時其組分組成科學合理，配方簡單，容易實施。
2、通過實施本發明，將鎳、鉻、鐵、錳等11種元素融合鑄造鋁合金裡，使合金的性能能得到顯著提升和穩定質量。
3、目前，活塞行業變質處理用量最大的Al-Si合金，對其變質目前主要有兩類變質劑：含鈉變質劑和含磷變質劑。用磷變質處理的共晶Al-Si合金活塞由於大量細小初晶矽的出現，其耐磨性大大提高，使用壽命得到較大提高。因此，在活塞變質處理時多採用含磷變質劑。該類變質劑主要是以赤磷、磷鹽或銅一磷中間合金等形式加入。赤磷存在燃點低(240℃)，變質時反應劇烈，產生大量的煙霧，且有毒。環境汙染嚴重的缺點，但變質效果還是不錯的。磷鹽加入量大，汙染環境，且產生大量的反應渣，鋁液燒損較嚴重。變質效果不穩定，廢品率高。磷銅中間合金加入到鋁液中後易偏析。不適於反射爐用。通過實施本發明，變質劑的選擇主要從細化效果、變質時效以及對活塞抗腐蝕性和合金熔煉過程環保狀況來選擇變質劑，由於赤磷、磷鹽變質劑汙染環境且鋁液燒損較嚴重，採用高磷合金型變質劑進行變質處理。該中間合金含磷量可達4.O％～5.5％，含有可直接作為初晶矽的異質晶核核心的ALP化合物，加入量小，無汙染，反應渣極少，磷吸收率穩定，對爐襯、坩堝和工具無腐蝕作用，延長爐襯和坩堝使用壽命，加入量可準確控制，降低了合金的損耗，提高了合金的實收率，是一種綠色環保型的變質劑。
4、通過實施本發明，不但節約了熔化鋁錠所需的能耗，而且減少了鋁的燒損，提高了原材料的利用率；同時，也減少了鋁錠熔化過程中的廢渣、廢氣的排放，保護了環境，經濟效益和社會效益極為顯著，在活塞行業和其它鋁行業具有推廣和借鑑價值。
5、通過實施本發明，直接添加銅、鎂、矽、鎳替代中間合金，減少能耗，降低成本。
6、通過實施本發明，鋁合金的熔化、扒渣、精煉、變質等各個階段都有各個條件的優化組合。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明的方法進一步說明。
一種活塞鑄造鋁合金的製備方法，其特徵在於：該鋁合金是由鋁錠、銅元素、鎂元素、矽元素、鎳元素、鉻元素、鐵元素、錳元素、鋅元素、鈦元素、鉛元素、錫元素組成。
具體實施方式如下：
1、原料採集：
(1)鋁錠：選擇鋁錠是鋁含量≤99.80％的重熔用鋁錠為原料；
(2)矽元素：儘量用鐵鈣含量較低的金屬矽，有利於控制雜質或沒必要增加不利於活塞製造的其他成份；
(3)銅元素：選擇電解銅為原料；
(4)變質劑：鋁合金變質處理，選擇用高磷合金型變質劑，不要用鈉鹽變質，因納鹽變質活塞保管周期下降以及在表面處理時極易出現腐蝕；
2、原料組成及配比：銅元素1.2％、鎂元素1.3％、矽元素12％、鎳元素1.2％、鉻元素0.10％、鐵元素0.30％、錳元素0.10％、鋅元素0.10％、鈦元素0.05％、鉛元素0.05％、錫元素0.10％，其餘為鋁錠；
3、工藝方法步驟如下：
(1)配料計算：根據批量生產需要將上述原料進行按量配料；
(2)原料除雜：用刷子將原料的表面雜物清理乾淨，再用風、或氮氣吹乾淨；
(3)去汙：帶有油漆、油汙的原料表面儘量用刮刀等清除乾淨；
(4)爐子清理：熔煉爐如有有害雜質要清理乾淨；
(5)烘乾：將爐子烘乾至無水分殘留；
(6)裝料：在爐灶底部裝入鋁錠；
(7)熔化鋁錠：繼續加熱至溫度達到690-730度，使熔池內的鋁錠全部熔化；
(8)添加各元素：依次往熔池內添加鎳元素、鉻元素、鐵元素、錳元素、鋅元素、鈦元素、鉛元素、錫元素、銅元素，並攪拌均勻；
(9)第一次扒渣：鋁合金在製作過程中要用清渣劑進行打渣，儘量打清渣子，否則活塞廠家熔煉就會出現含渣量高，具體是在熔體表面均勻撒0.1-0.2％無鈉清渣劑，然後進行第一次扒渣；
(10)添加其他元素：繼續依次加矽元素和鎂元素，並在720-780度下繼續熔煉；
(11)噴吹精煉：當爐料全部熔化時，保持熔池內處理溫度為680-750度，然後加入0.1-0.15％的精煉劑進行精煉，精煉劑加入時是用氮氣將精煉劑吹入熔爐內，吹氮氣注意波浪不高於15釐米；
(12)第二次扒渣：：在熔體表面均勻撒0.1-0.2％無鈉清渣劑，然後進行第二次扒渣；
(13)變質處理：加入0.2-0.4％的高磷合金型變質劑進行變質處理；
(14)提溫：將熔池內溫度提升至760-800度；
(15)攪拌均勻；
(16)取樣分析；
(17)靜置保溫、放料、過濾；
(18)鑄棒：按照常規的方法鑄成棒；
(19)成品：根據需要將鋁棒鋸切成成品。