專利名稱：鋁硅合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料領域，具體涉及一種鋁硅合金。
背景技術：
壓縮機是空調的心臟。滑片式壓縮機由于具有性能良好、比功率高；外圍控制管路少、便于維護；具有良好的設計結構，齒輪及軸承基本不產生磨損，無軸向壓力，低噪音；供氣純度高、品質好；可靠性高等優點，在空調壓縮機領域占據著不可取代的地位。在滑片式壓縮機中，轉子是唯一連續運行的部件，轉子在氣缸的定子中旋轉。轉子上有若干個沿徑向切割的槽，其中嵌有可滑動的滑片。在旋轉期間，離心力將滑片從槽中甩出，形成一個個單獨的壓縮室，旋轉使壓縮室的體積不斷減小，空氣壓力不斷增大。工作時，滑片緊貼著氣缸內壁高速滑行，由此會產生很大的摩擦與磨損。因此，滑片是決定滑片式壓縮機性能和效率的關鍵部件，高性能、高效率的空調必然要求滑片在高強、耐熱的同時必須具備良好的耐·磨性能。市場上常用的滑片，主要是用高速工具鋼和高鉻不銹鋼(如W6Mo5Cr4V2、42CrMo、2Crl3等)材料通過適當的表面處理和機加工制得，由于高速工具鋼和高鉻不銹鋼材料中加入了高含量的Cr、Mo、V、W等金屬以及采用了適當的表面處理，使其具有較高的表層硬度和良好的耐磨性。但由于高含量的Cr、Mo、V、W等金屬的使用，導致其成本高、制造工藝復雜；且產品密度大、質量重，在一定程度上加大了空調工作時滑片對氣缸內壁的壓力，從而加劇了摩擦磨損，并使壓縮機整體重量增加。
發明內容
本發明針對上述不足，提供一種耐磨性能優良、易成形且可熱處理強化的輕質鋁
硅合金。本發明的鋁硅合金，成分由下述重量百分比的組分組成硅8.0 12.0%、銅
5.0 8. 0%、鎂 0. 5 I. 5%、鈦 0. 2 0. 5%、鈧 0. 06 0. 25%、鈰 0. 02 0. 07% ;余量為鋁
及含量< 0. 05%的雜質。作為優選，鋁硅合金成分的重量百分比為硅9.0 11.0%、銅6.0 7.2%、鎂
0.6 I. 1%、鈦0. 25 0. 35%、鈧0. 06 0. 15%、鈰0. 03 0. 05% ;余量為鋁及含量彡0. 05%
的雜質。本發明在常用的耐磨耐熱的鋁硅合金基礎上，以優化合金成分為出發點，添加適量的Cu和Mg、并添加少量Ti和Sc及Ce，結合工程試驗、顯微組織分析、力學性能測試等技術手段，確定各合金元素的最佳百分比含量，使研制出的合金兼具鋁硅合金優良的耐磨性、耐熱性和鋁銅合金高強、高韌、易成形等優點，最終得到一種成形性能良好并可熱處理強化的耐磨鋁硅合金，符合滑片式壓縮機滑片材料的要求，并可將其應用于其它類似領域。本發明的鋁硅合金在Al-Si合金基礎上提高Si的含量，從而充分利用Si在Al中的彌散性，進一步提高合金的強度及耐磨性能，并提高合金鑄造時熔體的流動性。Al-Si合金具有良好的熱穩定性，線膨脹系數低，能適應高溫工況，但Si含量過高會影響到合金的綜合力學性能。因此，在Al-Si合金的基礎上加入改善其塑性的合金元素Cu，并加以第二相強化效果較優的合金元素Mg，同時嚴格控制兩者在鋁硅合金中的比例，一方面使鋁硅合金的塑性及韌性有所提升，另一方面可使鋁硅合金中相組成多樣化，通過控制熱處理過程中析出相的類型、分布和數量等，得到良好的綜合性能，使不可熱處理強化的Al-Si合金在某些方面產生質的變化。該鋁硅合金中，Mg與Si形成深灰色骨骼狀Mg2Si相，Cu與Al形成細小0 (CuAl2)相，還會生成S(CuMgAl2)相及Co (AlxMg5Si4Cu4)相等，前兩者為該鋁硅合金主要的強化相，對鋁硅合金的硬度、強度、耐磨及耐熱性能起決定作用。隨著Cu和Mg含量的增加，鋁硅合金在時效過程中析出的強化相數量增多，因而合金的強度和硬度均隨兩者含量的增多而增大，從而耐磨性能提高，但伸長率有所下降。在室溫下，Mg2Si相的強化效果大于0 (CuAl2)相，因而Mg含量對合金的力學性能的影響大于Cu。但在高溫下(500°C平衡條件時)，Mg在a固溶體中的溶解度僅為0. 5^0. 6%，溶解度有限，當其含量過高時，基體中會殘留Mg2Si相，它不但不能提高合金強度，反而會使鋁硅合金的塑性大幅度下降；而Cu在524°C的最大溶解度為4. 9%，遠遠超過Mg在Al-Si合金中的最大溶解度，在高溫下CuAl2的強化作用大于Mg2Si。換而言之，室溫下Mg在該鋁硅合金中的影響作用較為顯著，含Mg相的強化起主 要作用，但在高溫下則由含Cu相的強化為主，兩者在合金中相輔相成，因此必須控制兩種元素的在合金中的含量及比例，根據實際生產經驗，Mg含量應小于2. 0%, Cu與Mg的含量比控制在(5 10) :1，以保證得到性能最優的合金。Ti在鋁合金中是非常有效的晶粒細化劑。當鋁合金中加入少量鈦時，基體中出現Al3Ti粒子，成為第二相的非均勻形核中心，提高形核率，且Ti能提高熔體的過冷度，進一步細化晶粒。但當Ti加入量大于0. 5%時，在合金凝固組織中會出現粗大的Al3Ti粒子，晶粒粗大，合金的抗拉強度和塑性明顯降低。因此Ti元素的加入量必須得到嚴格的控制。Sc是鋁合金最有效的變質劑和強化劑，在鋁合金中添加
0.05、. 25%的Sc就可以使合金的結構和性能產生明顯的變化，大幅度提高鋁合金的強度、塑性及高溫性能。通過大量實驗表明，該鋁硅合金中添加少量的Sc對其強度有明顯的提高作用，并提高合金的時效敏感性，有利于合金后續的熱處理。加入少量的稀土 Ce可起到以下作用由于Ce原子半徑較Al和Cu等原子半徑大，不能與其形成間隙式或置換式固溶體，因此在基體中的溶解度較小，可以成為第二相的形核質點，增加形核率達到細化晶粒的效果；另外，Ce的化學活性強，可與熔體中的多種雜質形成稀土雜物或稀土金屬間化合物，這些稀土雜物或稀土金屬間化合物一般熔點高、密度小，其中一部分由扒渣除去，達到除雜、凈化熔體的作用，另一部分在熔體凝固的過程中成為非均勻形核的晶核，同樣可達到細化晶粒的效果。加入少量Ti和Sc，提高了合金的非均勻形核率，達到細化晶粒的效果，且能提聞合金的耐熱性能；添加少量Ce,以細化晶粒，減少合金中的脆性相，進一步提聞鑄淀質量及其擠壓等加工性能。本發明的鋁硅合金具有鋁硅合金和鋁銅合金各有的優良性能，并充分發揮其它金屬在鋁硅合金中的有利作用，使得該鋁硅合金成形性能優異、可熱處理強化且耐磨性能優良。本發明的招娃合金抗拉強度可達450 500MPa、布氏硬度可達130 150、伸長率可達4 8%、磨損率為I. 2X10—9 I. 5X10_7g mm1 N—1，符合滑片式壓縮機滑片材料的要求。與現有技術相比，本發明合金的優點在于I、耐磨性等綜合性能優良。室溫下抗拉強度達45(T500Mpa、布氏硬度達130 150、伸長率達4 8%、磨損率為1.2X10-9^1.5X10-7g . mm-1 . N_l，符合滑片式壓縮機滑片材料的性能要求；2、可熱處理強化。通過合金化使Al-Si合金中相多樣化，改善其熱處理性能，提高其時效敏感性，可通過熱處理控制第二相的數量、分布及形貌，改善合金的各方面性能，使不可熱處理強化的Al-Si合金變得可熱處理強化；3、質輕。重量約為現行滑片式壓縮機滑片材料用合金鋼的40%，大大降低滑片對氣缸內壁的壓力，減小兩者間的摩擦，延長滑片的使用壽命，在該領域具有良好的應用前景；4、成本較低。以Al-Si合金為主體、加入適量Cu、Mg和微量的Ti、Sc、稀土元素，比合金鋼中加入的Cr、Mo、V、W等金屬價廉易得，在原料上降低20 50%的成本，節省了 Cr、Mo、V、W等資源，且由于鋁合金的熔鑄溫度低，擠壓技術比較成熟，可采用連續擠壓法制備，從而生產成本也較低。
具體實施例方式以下通過實施例，對本發明作進一步說明。需要說明的是，以下實施例僅用于解釋本發明，而不應視為對本發明的權利要求的范圍的限制。實施例I 鋁硅合金，成分由下述重量百分比的組分組成硅8. 0%、銅5. 0%、鎂·0. 5%、鈦0. 2%、鈧0. 06%、鈰0. 02% ;余量為鋁及含量彡0. 05%的雜質。性能檢測結果見表I。實施例2鋁硅合金，成分由下述重量百分比的組分組成硅9.0%、銅6.0%、鎂0. 6%、鈦0. 25%、鈧0. 06%、鈰0. 03% ;余量為鋁及含量< 0. 05%的雜質。性能檢測結果見表
Io實施例3鋁硅合金，成分由下述重量百分比的組分組成硅10.0%、銅6.5%、鎂
0.8%、鈦0. 3%、鈧0. 1%、鈰0. 04% ;余量為鋁及含量< 0. 05%的雜質。性能檢測結果見表I。實施例4 鋁硅合金，成分由下述重量百分比的組分組成硅11. 0%、銅7. 2%、鎂
1.1%、鈦0. 35%、鈧0. 15%、鈰0. 05% ;余量為鋁及含量< 0. 05%的雜質。性能檢測結果見表
Io實施例5 鋁硅合金，成分由下述重量百分比的組分組成硅11. 5%、銅7. 5%、鎂
I.3%、鈦0. 42%、鈧0. 2%、鈰0. 06% ;余量為鋁及含量< 0. 05%的雜質。性能檢測結果見表I。實施例6 鋁硅合金，成分由下述重量百分比的組分組成硅12. 0%、銅8. 0%、鎂
I.5%、鈦0. 5%、鈧0. 25%、鈰0. 07% ;余量為鋁及含量< 0. 05%的雜質。性能檢測結果見表I。表I各實施例的鋁硅合金性能檢測結果
.,_ 室溫下抗拉強度布氏硬度伸長率磨楨率 性能
Mpa(HBS) % g - mm-1 ■ N-I
__. . .. . . .
實施例 I__442__125__TJ__1-91X10-9
實施例 2__451__136__O__1.73X10-
實施例 3__455__139____I.47X1Q-9
實施例 4__461__143__SA__1.36X10-9
實施例 5__472__1￡7__IS__132X1Q-
實施例 6 _487_ 1502.7L26X10-9
權利要求
1.一種招娃合金，成分由下述重量百分比的組分組成娃8. O 12. 0%、銅5. O 8. 0%、鎂0. 5 I. 5%、鈦0. 2 0. 5%、鈧0. 06 0. 25%、鈰0. 02 0. 07% ;余量為鋁及含量彡0. 05%的雜質。
2.根據權利要求I所述的鋁硅合金，其特征在于所述硅為9.0 11. 0%，所述銅為6.0 7. 2%，所述鎂為0. 6 I. 1%，所述鈦為0. 25 0. 35%，所述鈧為0. 06 0. 15%，所述鈰為 0. 03 0. 05%。
全文摘要
本發明涉及金屬材料領域，具體涉及一種鋁硅合金。本發明提供的鋁硅合金由下述重量百分比的組分組成硅8.0～12.0%、銅5.0～8.0%、鎂0.5～1.5%、鈦0.2～0.5%、鈧0.06～0.25%、鈰0.02～0.07%；余量為鋁及含量≤0.05%的雜質。本發明的鋁硅合金室溫下抗拉強度可達450~500MPa、硬度可達HB130~150、伸長率可達4~8%、磨損率為1.2×10-9~1.5×10-7g﹒mm-1﹒N-1，且質輕。本發明的鋁硅合金可用于生產滑片式空調壓縮機的滑片，亦可用于對材料性能要求相似的其它領域。
文檔編號C22C21/14GK102787261SQ20121031332
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月30日 優先權日2012年8月30日
發明者何柳, 唐安杰, 林高用, 滕世政, 王莉, 郭道強, 雷玉霞 申請人:郴州市強旺新金屬材料有限公司