一種用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋一般采用鋁合金的材料，重力鑄造而成。鋁合金材料最常用的是Al-Si鑄造合金，鑄造后采用時效硬化或沉淀強(qiáng)化而提高機(jī)械性能。但高溫下，該材料的穩(wěn)定性差，容易熱疲勞，開裂等問題，不能滿足發(fā)動機(jī)的需要?，F(xiàn)有技術(shù)中合金氣缸蓋采用的材料是在鋁硅合金的基礎(chǔ)上，通過添加鎂等微量元素，達(dá)到提高材料的綜合力學(xué)性能。使用該方法生產(chǎn)的鋁合金材料耐熱性、耐蝕性不夠高，組織不夠致密，難以滿足現(xiàn)階段雙燃料發(fā)動機(jī)的工況要求。因此，通過技術(shù)創(chuàng)新來提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量已經(jīng)刻不容緩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種具有較高的耐蝕性和耐熱性，并且組織致密、成分均勻的用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金。本發(fā)明的另一個目的是提供上述合金的制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金，其材料各組分的質(zhì)量百分比為:錳0.3 %?0.6 %，鉻0.4%?0.7 %，鎳0.3 %?0.6%，鈷 0.1%?0.3%，銅0.05%?0.15%，鋯 0.05%?0.15%，鈦 0.3%?0.8%，剩下是招。
[0005]上述合金組分優(yōu)選為錳0.5%，鉻0.6%，鎳0.3%，鈷0.2%，銅0.1%，鋯0.1%,鈦0.5%，剩下是鋁。
[0006]上述用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金，其制備方法包括以下步驟:
[0007]步驟I，將原料按質(zhì)量百分比混合；
[0008]步驟2，熔煉，控制出爐熔煉液體溫度大于1500°C ；
[0009]步驟3，脫硫，將熔煉液體進(jìn)行爐外脫硫，使脫硫后熔煉液體中硫的質(zhì)量百分比為0.01以下；
[0010]步驟4，精煉，將脫硫后的熔煉液體在電爐中升溫，使熔煉液體溫度控制在15500C -1650°c，精煉 3 個小時；
[0011]步驟5，添加添加劑，分別為蠕化劑和合金劑，兩種添加劑放置在熔煉液體包的兩個區(qū)域內(nèi)；
[0012]步驟6，采用沖入法對熔煉液體進(jìn)行蠕化處理，將步驟4的熔煉液體倒入熔煉液體包內(nèi)放置合金劑的區(qū)域，而后熔煉液體流到放置蠕化劑的區(qū)域；
[0013]步驟7，蠕化處理后，在熔煉液體表面撒上熔煉液體質(zhì)量的0.4-0.5%孕育劑，保持熔煉液體溫度1300°C以上，進(jìn)行聚渣處理。
[0014]所述步驟5中,螺化劑優(yōu)選為稀土娃合金。
[0015]本發(fā)明采用適宜的元素配比和生產(chǎn)方法，使得本發(fā)明的材料具有較好的耐蝕性、耐熱性，并且組織致密、成分均勻等特點(diǎn)，具體優(yōu)點(diǎn)如下:①加入Cu，可以形成Al-Cu合金，時效析出的CuA12有著明顯的時效強(qiáng)化效果；②加入Mn，可以阻止鋁合金的再結(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化主要是通過MnA16化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對再結(jié)晶晶粒長大起阻礙作用；③加入Ni，會形成許多復(fù)合相，如AlCuN1、NiA13等，顯著增加了較高溫度下基體的熱穩(wěn)定性和材料的熱強(qiáng)性；④加入Zr，可以和鋁形成ZrA13化合物，可以阻礙再結(jié)晶過程，細(xì)化再結(jié)晶晶粒加入鈷Co，可以通過強(qiáng)化鋁相從而對該合金進(jìn)行強(qiáng)化；⑥加入Ti，可以和鋁形成TiA12相，成為結(jié)晶時的非自發(fā)核心，起細(xì)化鑄造組織的作用；本發(fā)明在熔煉時，采用鋁錠直接加入熔融爐中進(jìn)行熔煉。按合理配比的多元微量合金粉采用隨出爐鋁液加入熔化的方式，不在爐中熔煉，使得燒損率降低，保證了微量合金的有效含量。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。選取優(yōu)選的合金組分優(yōu)選為錳0.5%，鉻0.6%，鎳0.3%，鈷0.2%，銅0.1%，鋯0.1%，鈦0.5%，剩下是鋁。采用上述配比，使得缸蓋能夠承受雙燃料發(fā)動機(jī)在燃燒時產(chǎn)生的高溫。在結(jié)構(gòu)上采用上下水套結(jié)構(gòu)，上下水套間設(shè)置排氣歧管，排氣歧管的出口端被上下水套上下包圍，從而更好的進(jìn)行散熱，水套在缸蓋的外壁面設(shè)置連接點(diǎn)，從而使得冷卻介質(zhì)可以通過外壁的連接點(diǎn)進(jìn)行換熱。采用此種設(shè)計(jì)，由于上下水套包裹排氣歧管出口，對于雙燃料發(fā)動機(jī)的缸蓋能夠進(jìn)行更好的散熱，提高發(fā)動機(jī)的運(yùn)行能效。
[0017]缸蓋模具的制造方法，包括:制造第一主模具，包括排氣歧管模具和上水套模具；制造第二主模具，包括下水套模具；將第一主模具連接到第二主模具，在兩個模具之間進(jìn)行連接，對應(yīng)不同的型號的發(fā)動機(jī)，可以自由選擇連接點(diǎn)的數(shù)量。排氣歧管模具和上水套模具互相組合，由型芯座支撐。第一主模具被稱為型芯，放置在鑄模中以形成中空部分。型芯座從模具內(nèi)部支撐型芯。型芯座可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)在此的說明設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。由上水套模具形成的水套冷卻由排氣歧管模具形成的排氣歧管。同樣地，由下水套模具形成的水套冷卻由汽缸體模具形成的汽缸體。
[0018]上述用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金，其制備方法包括以下步驟:
[0019]I)原料質(zhì)量百分比混合，采用優(yōu)選的合金組分，即錳0.5 %，鉻0.6 %，鎳0.3 %，鈷0.2%，銅0.1%，鋯0.1%，鈦0.5%，剩下是鋁。
[0020]2)熔煉，控制出爐熔煉液體溫度大于1500°C，控制熔煉液體出爐速度；
[0021]3)脫硫，將熔煉液體進(jìn)行爐外脫硫，使脫硫后熔煉液體中硫的質(zhì)量百分比為0.01以下；
[0022]4)精煉，將脫硫后的熔煉液體在電爐中升溫，使熔煉液體溫度控制在15500C -1650°C，精煉 3 個小時；
[0023]5)添加添加劑，分別為蠕化劑和合金劑，兩種添加劑放置在兩個區(qū)域內(nèi)，蠕化劑優(yōu)選為稀土娃合金；
[0024]6)采用沖入法對熔煉液體進(jìn)行蠕化處理，將步驟4的熔煉液體倒入熔煉液體包內(nèi)放置合金劑的區(qū)域，而后熔煉液體流到放置蠕化劑的區(qū)域；由于熔煉液體和合金劑混合速度較慢，熔煉液體會首先和蠕化劑混合；
[0025]7)蠕化處理后，在熔煉液體表面撒上熔煉液體質(zhì)量的0.4-0.5%孕育劑，保持熔煉液體溫度1300°C以上，進(jìn)行聚渣處理；
[0026]8)制作型芯，為所述氣缸蓋制備鑄模；利用制芯的過程為了形成對應(yīng)的空氣流道，流道采用至少部分彎曲的空氣流道型芯形成，空氣流道型芯在模具機(jī)上固定；用步驟7制得的合金成分澆鑄物料填充所述鑄模；冷卻所述澆鑄物料直至硬化；去除所述空氣流道型芯，形成雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋；
[0027]9)澆注，澆注溫度控制在1500°C以上，蠕化處理結(jié)束到澆注完畢的時間控制在20min之內(nèi)。
[0028]上面對本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金，其特征在于材料各組分的質(zhì)量百分比為:錳 0.3%?0.6%，鉻 0.4%?0.7%，鎳 0.3%?0.6%，鈷 0.1 %?0.3%，銅 0.05%?0.15%，鋯 0.05%?0.15%，鈦 0.3%?0.8%，剩下是鋁。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金，其特征在于合金組分為錳0.5%，鉻0.6%，鎳0.3%，鈷0.2%，銅0.1 %，鋯0.1 %，鈦0.5%，剩下是鋁。3.—種權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金的制備方法，其特征在于包含以下步驟: 步驟I，將原料按質(zhì)量百分比混合； 步驟2，熔煉，控制出爐熔煉液體溫度大于1500°C ； 步驟3，脫硫，將熔煉液體進(jìn)行爐外脫硫，使脫硫后熔煉液體中硫的質(zhì)量百分比為0.01以下； 步驟4，精煉，將脫硫后的熔煉液體在電爐中升溫，使熔煉液體溫度控制在15500C -1650°C，精煉 3 個小時； 步驟5，添加添加劑，分別為蠕化劑和合金劑，兩種添加劑放置在熔煉液體包的兩個區(qū)域內(nèi)； 步驟6，采用沖入法對熔煉液體進(jìn)行蠕化處理，將步驟4的熔煉液體倒入熔煉液體包內(nèi)放置合金劑的區(qū)域，而后熔煉液體流到放置蠕化劑的區(qū)域； 步驟7，蠕化處理后，在熔煉液體表面撒上熔煉液體質(zhì)量的0.4-0.5%孕育劑，保持熔煉液體溫度1300°C以上，進(jìn)行聚渣處理。4.如權(quán)利要求3所述的一種用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金的制備方法，其特征在于步驟5中，蠕化劑優(yōu)選為稀土硅合金。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)雙燃料發(fā)動機(jī)氣缸蓋的合金及其制備方法，其合金各組分的質(zhì)量百分比為：錳0.3％～0.6％，鉻0.4％～0.7％，鎳0.3％～0.6％，鈷0.1％～0.3％，銅0.05％～0.15％，鋯0.05％～0.15％，鈦0.3％～0.8％，剩下是鋁；其制備方法包括混合、熔煉、脫硫、精煉、添加蠕化劑和合金劑、蠕化處理等步驟。本發(fā)明采用適宜的元素配比和生產(chǎn)方法，使得本發(fā)明的材料具有較好的耐蝕性、耐熱性，并且組織致密、成分均勻等特點(diǎn)。
【IPC分類】C22C1/06, C22C1/02, C22C21/00
【公開號】CN104928538
【申請?zhí)枴緾N201410102951
【發(fā)明人】石長偉, 陳凌云, 劉云嶺, 郭文婧, 于榮剛
【申請人】北京強(qiáng)度環(huán)境研究所, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年3月19日