发动机缸盖用新型AlSiCuMg铝合金材料

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1、万方数据第6期(总第197期)2011年12月车用发动机VEHICLEENGINENo．6(SerialNO．197)Dec．2011·制造技术·发动机缸盖用新型Al—Si—Cu—Mg铝合金材料陈大辉1，汤进军1，邰红岩2，贾祥磊1，侯立群1，张广明1(1．中国兵器工业集团公司第五二研究所，浙江宁波315103；2．山西柴油机工业有限责任公司，山西大同037036)摘要：新型A1-Si—Cu-Mg铝合金材料在319．0合金的基础上，通过调整合金中Cu，Mg两种元素的含量和添加其他微量元素，同时改善了室温性能和高温性能，力学性能优于传统发动机缸盖铝合金；采用常用方法测

2、试了新型铝合金的铸造性能，并且经过试制验证了新型铝合金铸造性能满足发动机缸盖的成型性要求；通过相图分析和显微组织观察揭示了新型铝合金的强化机理，Mg的时效强化作用优于Cu。关键词：铝合金；铸造性能；室温性能；高温性能中图分类号：TK405文献标志码：B文章编号：1001—2222(2011)06-0085-05发动机缸盖结构复杂，集油道、气道和水道于一体，而且工作条件恶劣，与气缸、活塞构成燃烧室，承受高温、高压作用。近年来，发动机功率的提高使得缸盖的工作温度和工作压力显著增加，这就要求制造材料具有良好的室温性能和高温性能。针对发动机缸盖结构、工况条件对制造材料的要求

3、，国内外主要在铝硅合金的基础上添加Mg，Cu等合金元素来改善合金性能，形成了系列合金材料[1]。国外合金A356．0，A357．0(美国牌号)和国内合金ZLl01，ZLll4仅添加Mg元素，这类合金室温性能较好，但高温性能较差；国外合金319．0(美国牌号)和国内合金ZLl07仅添加Cu元素，这类合金高温性能较好，室温性能较差；国外合金AC4B(日本牌号)和国内合金ZL702A以一定比例同时添加Cu和Mg两种元素，这类合金室温性能和高温性能均有所改善。本研究针对新型Al—Si—Cu—Mg铝合金材料开展了相关工作。1材料成分发动机缸盖用新型Al—Si—Cu—Mg铝合金

4、材料成分见表1[z]。此材料是在美国319．0合金的基础上改良而来，相比319．0合金提高了Mg的含量，相比ZL702A合金增加了Cu的含量，因此，室温性能和高温性能均有所提高。表1发动机缸盖用新型AI—Si-Cu-Mg铝合金材料成分(质量分数J％Si5．0～7．0Cu3．O～4．0MgO．2～0．4Mn0．1～0．3Ti0．15～0．25Fe

5、如下。流动性：700℃浇注时，新型铝合金螺旋流动性试样长度为550"----,590mm；热裂倾向：采用热裂环测定新型铝合金的热裂倾向，环宽10mm时无热裂纹；线收缩：根据JB／T4022．1—1999《合金铸造性能测定方法自由线收缩测定方法》，测得新型铝合金在凝固过程中的线收缩率为1．315％。2．2力学性能新型铝合金浇注成砂型单铸试样，热处理后加工成直径为6mm的标准拉伸试样，根据GB／T228--2002《金属材料室温拉伸试验方法》和GB／T4338--20066金属材料高温拉伸试验》测收稿日期：2011-07—05；修回日期：2011一09一09作者简介：陈

6、大辉(1981一)，男。工程师，硕士，主要研究方向为铝合金材料及其铸造技术；davidchen52@163．corn。万方数据车用发动机2011年第6期试室温性能和250℃高温性能，高温性能测试保温20min。铸造条件的变化和成分波动使得合金性能也存在一定的波动，新型铝合金性能的最小值、最大值和平均值见表2。表3示出了发动机缸盖用传统铝合金的典型性能。从表中可看出，新型铝合金的室温性能和高温性能均优于其他合金材料。表2发动机缸盖用新型铝合金的力学性能室温性能高温性能(250℃)项目抗拉强度／MPa伸长率／％抗拉强度／MPa伸长率／％最小值3153．52203．5最大

7、值3555．O2732．0平均值3354．02353．0表3发动机缸盖用传统铝合金的典型性能室温性能高温性能(250℃)合金牌号抗拉强度／MPa伸长率／％抗拉强度／MPa伸长率／％ZLll4A2652．5319．02603．0180ZL702A3052．02152．5高强耐热铝硅合金[3]300～3303～4200～2304～52．3Si，Cu，Mg对新型铝合金力学性能的影响2．3．1Si的影响Si对新型铝合金力学性能的影响见表4。由表4可见，当Cu，Mg的质量分数分别为3．5％，0．4％时，随着Si质量分数的降低，室温强度和塑性增加，高温强度降低，高温塑性增加