[发明专利]一种增强铝基复合材料及其重力铸造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属铸造领域，涉及一种铝合金及其铸造方法，具体为一种增强铝基复合材料及其重力铸造方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料自身的特点是优良的耐磨性，比刚度、比强度高以及重量轻等，被很大一部分人看作是一种相对理想的结构材料，以至于在汽车工业、航空工业上扮演了至关重要的角色。与此同时，为了有效地借助上述这类自身有着十分突出优势的新材料，有必要进一步明确该材料的断裂机理以及室温机械性能。

为了能够减少能耗、降低大气污染、提高发动机的效率，提高燃烧温度已经成为发动机的重要发展趋势，相应的对发动机配件的高温强度提出了更高的要求。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℃的高温气体接触，其顶部温度达300～400℃，且还承受着很大的气体压力，汽油机达4～5MPa，柴油机高达8～9MPa，甚至更高。因此活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。随着发动机功率的不断提高，对活塞铝合金的力学性能、耐热性及耐磨性等性能提出了更高的要求。

由于活塞主要在高温下使用，而主要提高合金室温强度的Mg2Si、Al2Cu等时效析出相在高温下粗化，难以再对晶界起到有效的钉轧作用。而稀土的化学活性介于碱金属和碱土金属之间，比其他金属活泼。稀土在铝合金铸造过程中起到细化初晶硅和共晶硅、微合金及净化熔体等作用。铝合金中大多数含铁相的结晶组织都十分粗大，直接影响合金的机械性能，降低合金的流动性，增加组织不均匀性，添加稀土，可以改变铁相的存在形态，提高铝合金的铸造性能。稀土与铝合金中的多种元素形成许多含稀土的金属间化合物，这些呈弥散分布的高熔点化合物具有很好的耐热性与稳定性，呈网状分布于晶界或枝晶间，细化了组织，有效地阻碍了基体变形和晶界移动并对位错移动起到很好的钉扎作用，从而明显提高合金的高温性能。

中国专利201510039579.7一种耐热铸造铝合金及其重力铸造方法，所述铝合金与现有技术中的Al-Si相比改善了铸造性能，大幅度提高了合金的室温及高温机械性能，扩大了Al-Si系铸造铝合金的应用范围。但是其存在室温抗拉伸性差及易断裂的缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种耐磨性好、比刚度和比强度高、抗拉伸、耐高温的铝合金，本发明提供了一种增强铝基复合材料及其重力铸造方法。

技术方案：一种增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为5.6～8.6wt.％碳化硅、2.2～4.5wt.％铬、1.3～4.6wt.％铜、1.1～3.8wt.％铁、5.8～11.5wt.％镁、0.2～1.5wt.％石墨、1.2～3.5wt.％氧化锰、1.1～4.3wt.％氧化镧、0.5～1.2wt.％二氧化钛，余量为铝。

优选的，碳化硅的质量分数百分比为6.8～8.2wt.％。

优选的，铜元素的质量分数百分比为2.1～4.2wt.％。

优选的，铁元素的质量分数百分比为1.9～3.2wt.％。

优选的，铝元素与碳化硅的质量比大于等于5.6。

优选的，铝元素与镁元素的质量比大于等于6.2。

优选的，铝元素与氧化锰的质量比大于等于11.5。

一种增强铝基复合材料的重力铸造方法，包含以下步骤：

(1)将纯铝、纯镁、铝-铜中间合金和铝-铁中间合金同时置于220～260℃下进行预热；

(2)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入铝-铜中间合金和铝-铁中间合金，待三者全部熔化后，在700～750℃加入纯镁，保温后搅拌均匀；

(3)添加碳化硅、铬、石墨、氧化锰、氧化镧和二氧化钛后保温搅匀，在750～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，在700～720℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；

(4)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得增强铝基复合材料。

优选的，固溶处理的温度为480～530℃，时间为3～17小时。

优选的，时效处理的温度为185～265℃，时间为12～48小时。

有益效果：(1)本发明所述增强铝基复合材料耐磨性好、比刚度和比强度高、抗拉伸、耐高温；(2)所述增强铝基复合材料大大提高了合金的室温和高温强度，且初晶硅和共晶硅得到细化，延伸率得到提高。

具体实施方式

实施例1