專利名稱：微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金材料，尤其是用能用于制造微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的高壓鑄造的鋁合金材料。
背景技術(shù)：
目前，微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體材料普遍采用的是鑄鐵。重慶長(zhǎng)安公司九五期間引進(jìn)日本鈴木公司G系列發(fā)動(dòng)機(jī)、新型面包車和轎車生產(chǎn)技術(shù)，它包括眾多新材料、新技術(shù)和新工藝。其中十分重要的是缸體、缸蓋的鋁合金化，以實(shí)現(xiàn)輕量化，達(dá)到減重、節(jié)能、減少排放污染的目的。為盡快實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的批量生產(chǎn)，缸體、缸蓋總成產(chǎn)業(yè)化是首當(dāng)其沖。其中，缸體用高壓鑄造鋁合金材料的研究項(xiàng)目是關(guān)鍵的項(xiàng)目之一。
日本鈴木公司的缸體用的是日本的ADC12壓鑄鋁硅合金生產(chǎn)制造，這種材料國內(nèi)目前尚無相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)材料可采用，需要大量進(jìn)口，成本高。同時(shí)，在使用中發(fā)現(xiàn)日本ADC12壓鑄鋁硅合金的化學(xué)成分中各元素百分含量范圍大，特別是存在各有害雜質(zhì)控制不嚴(yán)格的缺陷和把Mg元素當(dāng)成雜質(zhì)考慮的不足。因?yàn)樵诤辖鹬?，鎂Mg的作用是提高鋁合金的加工性能；Mg固溶于Al基體中，提高其硬度，切屑變短，不易粘刀，積屑瘤減小，加工表面質(zhì)量提高，而且刀具的磨損降低；Mg降低了合金的電極電位，提高鋁合金的耐蝕性。而對(duì)Mg元素考慮不足，會(huì)導(dǎo)致鋁合金的加工性能不理想。另外，雜質(zhì)元素Sn和Pb它們能形成低熔點(diǎn)共晶，對(duì)熱處理極為不利，極微量的Sn也能使熱處理后的延伸率顯著降低，因此還必須對(duì)雜質(zhì)元素Sn和Pb的含量進(jìn)行合理的控制?？梢娀谌毡続DC12存在的上述缺陷，研制出一種力學(xué)性能、工藝性能、加工性能與ADC12相當(dāng)，并克服其不足的低壓鑄造和壓鑄鋁硅合金，將其用于長(zhǎng)安公司的G系列發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋和缸體的生產(chǎn)，是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了這種需要，克服現(xiàn)有日本的ADC12壓鑄鋁硅合金材料存在的不足，提供一種微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄鋁合金，該鋁合金化學(xué)成分優(yōu)化合理、力學(xué)性能較ADC12高、工藝性能較好，完全能夠滿足G系列發(fā)動(dòng)機(jī)缸體高壓鑄造工藝和機(jī)械加工工藝的需要。
本發(fā)明的鋁合金材料的主要化學(xué)和百分含量為Cu1.5-3.0％、Si10.0-12.0％、Ng0.15-0.35％；Al余量；雜質(zhì)的含量為Zn≤0.90％、Fe≤0.90、Mn≤0.40％、Ni≤0.40％、Sn≤0.10％、Pb≤0.10％。
上述材料中，化學(xué)成份Cu和Mg的含量選取比較獨(dú)特，基于以下原因Cu當(dāng)Cu固溶于Al基體中或以顆粒狀化合物形式存在時(shí)，能顯著提高鋁合金的強(qiáng)度、硬度、高溫力學(xué)性能即蠕變性能，但延伸率稍有降低；當(dāng)Cu以網(wǎng)狀化合物形式存在時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重降低鋁合金的延伸率、強(qiáng)度。
Cu的化學(xué)電位較Al高，易產(chǎn)生晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕，含Cu鋁合金的耐蝕性降低，尤其是Cu以化合物形式存在時(shí)，所以耐蝕性較高的鋁合金往往限制Cu的含量。
另外，Al-Cu合金有較寬的凝固溫度區(qū)間，Cu的加入強(qiáng)烈的降低鋁合金的流動(dòng)性能，增加鋁合金的熱裂傾向。
因此，Cu含量一般控制在2～4％。
鎂Ng作用的提高鋁合金的加工性能。
Mg固溶于Al基體中，提高其硬度，切屑變短，不易粘刀，積屑瘤減小，加工表面質(zhì)量提高，而且刀具的磨損降低。
Ng降低了合金的電極電位，提高鋁合金的耐蝕性。
因此，Mg含量一般控制在0.2～0.4％。
其余雜質(zhì)元素選取較為特別的有鐵(Fe)它是鋁硅合金中的主要雜質(zhì)元素，它主要來自爐料、坩堝和熔煉工具。對(duì)壓鑄鋁硅合金，允許Fe的含量稍高Fe在0.9以下，因含量過低會(huì)發(fā)生粘模現(xiàn)象，含有較高的Fe能使氧化膜失去連續(xù)性，可以改善粘?，F(xiàn)象。另外為了消除Fe相的有害作用可以微量元素Mn、Ni、Be等使其以漢字狀復(fù)雜化合物形式存在，消除了原有針狀Fe相削弱基體的有害作用。改善其對(duì)力學(xué)性能、流動(dòng)性、加工性的不利影響。Mn和Ni的含量在0.4％左右。
其它雜質(zhì)元素Sn和Pd它們能形成低熔點(diǎn)共晶，對(duì)熱處理極為不利，極微量的Sn也能使熱處理后的延伸率顯著降低，因此必須限制Sn、Pb的含量在0.10％以下。
以下是將本發(fā)明的鋁合金材料(牌號(hào)GYL-1)與日本生產(chǎn)的同類材料(ADC12)對(duì)比化學(xué)成份對(duì)比表

力學(xué)性能對(duì)比表

可見，該壓鑄鋁合金GYL-1的化學(xué)成分較優(yōu)，力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度和延伸率都高于ADC12。
以下是對(duì)本材料所做的試驗(yàn)和檢測(cè)情況1、通過缸體壓鑄工藝試驗(yàn)生產(chǎn)實(shí)踐表明GYL-1壓鑄鋁合金材料的綜合鑄造工藝性能良好。具體檢測(cè)結(jié)果(1)鑄件尺寸檢測(cè)缸體鑄件經(jīng)三坐標(biāo)和劃線檢查，鑄件變形小、重要的機(jī)械加工位置滿足±0.25mm精度要求(CT6級(jí))，一般鑄件尺寸精度可達(dá)到CT8級(jí)，基本符合鑄件圖要求；裝機(jī)檢測(cè)符合JL472Q、JL474Q汽油機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；壓鑄缸體鑄件變形小，加工余量滿足機(jī)械加工尺寸要求。
(2)鑄件解剖情況鑄件的內(nèi)在質(zhì)量主要是氣孔問題。關(guān)鍵在于氣孔的大小、多少和氣孔存在的位置。根據(jù)鑄件圖剖視位置指定部位解剖抽檢，缸體壓鑄件完全滿足鑄件圖提出的相關(guān)要求，保證了重要的機(jī)械加工孔位無氣孔存在。
(3)鑄件外觀表面質(zhì)量及合格情況鋁合金液流動(dòng)性的好，壓鑄件的表面光亮(粗糙度1.6)，不僅美觀輪廓完整，而且說明壓鑄過程控制較好(壓室壓力、模具溫、澆口截面積、合金溫度)、鑄件的凝固狀態(tài)正常，質(zhì)地均勻，強(qiáng)度高，合金凝固收縮無熱裂現(xiàn)象，宏觀檢查質(zhì)量滿足鑄件圖提出的二類鑄件要求。
(4)在生產(chǎn)的鑄件中未發(fā)現(xiàn)熱裂現(xiàn)象，產(chǎn)品脫模型良好。
到目前為止壓鑄生產(chǎn)線累計(jì)生產(chǎn)缸體鑄件800件，合格率達(dá)90％左右。在生產(chǎn)的鑄件中末發(fā)現(xiàn)熱裂現(xiàn)象，產(chǎn)品脫模型良好。
2、通過機(jī)加工藝試驗(yàn)驗(yàn)證說明GYL-1壓鑄鋁合金材料的機(jī)加工藝性能良好。主要表現(xiàn)為(1)軸承蓋和缸體軸承座接觸組成曲軸孔部分，為異型材料同時(shí)加工。缸體未發(fā)現(xiàn)變形。
(2)缸體進(jìn)行泄漏試驗(yàn)，由于壓鑄鋁合金組織致密，并且比較均勻，泄漏檢查合格率高。
(3)缸體由于加工工序多，產(chǎn)品裝夾定位、加工時(shí)未發(fā)現(xiàn)夾壓變形的情況。
(4)試驗(yàn)件機(jī)加工后的表面平整光滑，表面粗糙度滿足產(chǎn)品要求，特別是達(dá)到表面粗糙度Rz3.2(相當(dāng)于Ra0.6)的要求，甚至有的達(dá)到Ra 0.32。
(5)試驗(yàn)件機(jī)加工達(dá)到產(chǎn)品的高精度要求，特別是形位精度要求，曲軸孔圓度達(dá)φ0.008甚至有的達(dá)到φ0.007。
(6)缸體的螺紋孔多，以前的材料在機(jī)加時(shí)，容易出現(xiàn)爛牙現(xiàn)象，造成半成品的報(bào)廢，而該材料的缸體很少出現(xiàn)過爛牙現(xiàn)象，說明該材料的強(qiáng)韌性良好。
新材料在批量加工的生產(chǎn)過程中，機(jī)加的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到產(chǎn)品的高精度要求，甚至高出很多，這表明該材料切削性能好，尺寸穩(wěn)定好，強(qiáng)韌性良好。
3.經(jīng)500小時(shí)工作可靠性合架試驗(yàn)和.裝車道路運(yùn)行試驗(yàn)，新型合金缸體組裝的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，缸體未發(fā)生燒蝕、變形和滲漏(油、水)現(xiàn)象，整機(jī)性能指標(biāo)達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。該汽油機(jī)合格。
表明新型合金氣缸體工作熱穩(wěn)定性好，熱變形量??；在水、油、蒸汽等浸蝕下有較好的抗腐蝕性；具有良好的抗疲勞性；500小時(shí)工作可靠性臺(tái)架試驗(yàn)GYL-1氣缸體在組裝于發(fā)動(dòng)機(jī)過程中，各組合零件尺寸配合良好，經(jīng)組裝于JL472Q、JL474Q發(fā)動(dòng)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)磨合檢查，未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，后歷經(jīng)500小時(shí)臺(tái)架運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，氣缸體工作狀況正常，未發(fā)生滲漏(油、水)現(xiàn)象，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。臺(tái)架試驗(yàn)完畢后檢查，缸體表面狀態(tài)完整良好。曲軸箱平面度，參加試驗(yàn)前后的檢測(cè)結(jié)果均符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙要求，磨損量在規(guī)定范圍內(nèi)，表明新型合金氣缸體熱穩(wěn)定性良好。另外臺(tái)架試驗(yàn)完畢后檢測(cè)曲軸箱缸孔直徑、圓(柱)度檢測(cè)，磨損量基本正常。這對(duì)氣缸蓋用材料的熱工性能是嚴(yán)重的考驗(yàn)。
裝車道路運(yùn)行試驗(yàn)GYL-1氣缸體組裝的發(fā)動(dòng)機(jī)并裝配于長(zhǎng)安之星在海南試車場(chǎng)進(jìn)行25000公里道路運(yùn)行考核試驗(yàn)，在整個(gè)道路運(yùn)行試驗(yàn)以及從重慶到海南往返途中，產(chǎn)品工作正常良好，從未發(fā)生滲漏現(xiàn)象，以及裂紋等情況，試驗(yàn)完成以后發(fā)動(dòng)機(jī)拆卸檢查，試驗(yàn)產(chǎn)品表面完整良好。氣缸體在參加道路試驗(yàn)前后，有關(guān)缸孔直徑、圓(柱)度等主要尺寸都由相關(guān)部門負(fù)責(zé)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明試驗(yàn)以后檢測(cè)曲軸箱缸孔直徑、圓(柱)度檢測(cè)，磨損量基本正常。主要技術(shù)指標(biāo)均在產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定范圍內(nèi)。
由此可見，本發(fā)明的鋁合金材料對(duì)其主要化學(xué)成分(Si、Cu、Mg)特別是Cu、Mg控制較好，其有害雜質(zhì)元素控制較嚴(yán)格；得到合金抗拉強(qiáng)度σb≥300Mpa，有足夠的強(qiáng)度和剛度；尺寸穩(wěn)定性較好；較好的高溫強(qiáng)度和耐熱沖擊性；工作熱穩(wěn)定性好，熱變形量小；在水、油、蒸汽等浸蝕下有較好的抗腐蝕性；具有良好的抗疲勞性，能夠滿足微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體高壓鑄造工藝和機(jī)械加工工藝。同時(shí)合金的成本低。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一、配料成份配料按如下公式Wi＝Ai/(1-Ei％)Wt計(jì)算，式中Ai合金中各元素的含量Xi(％wt)；Ei熔煉時(shí)各元素的燒損率，如表所示；Wt 所熔煉合金的總重量；Wi一次熔煉總重中各元素的重量；元素?zé)龘p率按下表元素鋁 硅 鎂 銅 鈦Ei(％〕3 1 15 515二、選用下列原輔材料(假如制備100公斤合金)鋁錠工業(yè)高純鋁87公斤；硅1#結(jié)晶硅11公斤；
中間合金Al-50％Cu5公斤；金屬純鎂錠0.4公斤；精煉劑1公斤及扒渣劑0.5公斤等。
三、熔煉工藝第一步采用20～30％滑石粉+5％水玻璃+適量水和成涂料；第二步所有熔煉工具均于250℃左右刷上涂料并烘干，以防熔煉過程中增鐵；第三步將坩堝預(yù)熱到暗紅色，然后把經(jīng)預(yù)熱后的鋁錠取2/3(58公斤)放入坩堝中熔化；第四步當(dāng)鋁錠熔化成漿糊狀時(shí)，把經(jīng)預(yù)熱的結(jié)晶硅9公斤壓入鋁液中，并將余下的1/3(29公斤)鋁錠加入到坩堝中，抑制硅的上??；第五步待加入料全部熔化后，再加入Al-Cu5公斤中間合金，熔清后進(jìn)行攪拌；第六步于730℃分兩次進(jìn)行精煉、扒渣后，迅速將鎂塊0.3公斤壓入鋁液中，熔清后扒渣靜置5～10min即可澆注成錠。
按上述工藝得到的合金材料的化學(xué)成份(質(zhì)量百分比)為Cu 2.30、Si 10.90、Mg0.28、Zn 0.80、Fe 0.5、Mn0.17、Al 85.77、Ni0.06、Sb0.02。
權(quán)利要求
1.一種微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄鋁合金，其特征是主要化學(xué)成分的百分含量為Cu1.5-3.0％、Si10.0-12.0％、Ng0.15-0.35％，Al余量，其余為雜質(zhì)，合金抗拉強(qiáng)度σb≥300MP
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄鋁合金，其特征在于所述的雜質(zhì)的百分含量為Zn≤0.90％、Fe≤0.90、Mn≤0.40％、Ni≤0.40％、Sn≤0.10％、Pb≤0.10％。
全文摘要
微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄鋁合金，主要化學(xué)成分的百分含量為Cu1.5－3.0％、Si10.0－12.0％、Mg0.15－0.35％，Al余量，其余為雜質(zhì)，合金抗拉強(qiáng)度σ
文檔編號(hào)C22C21/02GK1483847SQ0311783
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者沈玲, 崔容慶, 羅明剛, 張釗, 陳兵, 沈 玲 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安汽車(集團(tuán))有限責(zé)任公司