《鋁合金和柴油活塞》是湖南江濱機器（集團）有限責任公司於2010年10月11日申請的發明專利，該專利申請號為2010105066613，公布號為CN101942585A，公布日為2011年1月12日，發明人是劉德懷、楊志勇、易綠林、李世環、何德生、劉維濤、朱億鵬。
《鋁合金和柴油活塞》提供一種鋁合金，包括：13.1重量百分比~16重量百分比的Si；4.1重量百分比~5.5重量百分比的Cu；0.6重量百分比~1.1重量百分比的Mg；2.5重量百分比~3.5重量百分比的Ni；0.15重量百分比~0.3重量百分比的Mn；0.05重量百分比~0.2重量百分比的Ti；0~0.09重量百分比的Zr，Zr的含量大於0；0~0.01重量百分比的B，B的含量大於0；0~0.2重量百分比的Sc，Sc的含量大於0；0.1重量百分比~0.3重量百分比的富鈰稀土，所述富鈰稀土中的鈰含量大於45重量百分比；0重量百分比~0.7重量百分比的Fe；其他雜質元素總量不超過0.15重量百分比，且其他單個雜質元素含量不超過0.05重量百分比；餘量Al。該發明提供的鋁合金中添加了適量的Sc和富鈰稀土，並調整了合金元素的整體配比，如Si、Cu、Mg、Ni、Mn、Ti、Zr、B等合金元素的比例關係。實驗結果表明，與相關技術相比，該發明提供的鋁合金不但具有良好的高溫性能，而且具有良好的加工性能，特別適用於製備鑄造鋁合金活塞。
2021年6月24日，《鋁合金和柴油活塞》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《鋁合金和柴油活塞》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：鋁合金和柴油活塞
- 申請人：湖南江濱機器（集團）有限責任公司
- 發明人：劉德懷、楊志勇、易綠林、李世環、何德生、劉維濤、朱億鵬
- 申請號：2010105066613
- 申請日：2010年10月11日
- 公布號：CN101942585A
- 公布日：2011年1月12日
- 地址：湖南省湘潭市岳塘區板塘鋪（長潭路旁）
- 代理機構：北京集佳智慧財產權代理有限公司
- 代理人：逯長明
- Int. Cl.：C22C21/02
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,專利榮譽,
專利背景
鋁-矽-銅-鎂-鎳系耐高溫鑄造合金因具有密度小、導熱性能優異、減磨性高以及良好的鑄造性能和機械加工性能等優點被廣泛套用於電力工業、汽車製造業和航天工業領域。例如，使用該合金製造的內燃機活塞與其它材質相比具有更好的使用性能。
截至2010年10月，中國對內燃機尾氣的排放標準日益提高，內燃機的額定值、燃油經濟性和耐久性等指標不斷向強化方向發展，使內燃機熱負荷不斷提高，因此作為內燃機傳遞動力的關鍵活動件-活塞的服役溫度也越來越高。通常，衡量鋁合金活塞材料的高溫性能的方法是測試其在360攝氏度的高溫抗拉強度。提高鋁合金活塞材料的高溫性能已經成為材料工作者的一個研究方向。
提高鋁合金高溫性能的方法通常有三種：第一種是採用合金化技術，即通過在鋁合金中添加新合金元素或者改變鋁合金合金元素的配比關係來提高其高溫性能，典型的如通過調整矽、銅、鎂和鎳的配比關係來利用銅和鎳的固溶強化作用以及Mg2Si、CuAl2、Al3Ni等第二相粒子的沉澱強化作用來提高鋁合金的高溫性能；第二種是採用單晶技術或定向凝固技術使材料內形成偽單晶結構，增強鋁合金材料的高溫性能；第三種是採用陶瓷顆粒增強技術提高材料的高溫性能。上述三種方法中，第二種和第三種方法均存在設備昂貴、工藝複雜的問題，不易在實踐中推廣套用。因此，合金化技術已經成為提高鋁合金高溫性能的的主要手段。
相關技術中，已經公開了多種可以用於製造內燃機活塞的鋁合金。例如，GB/T1173中公布的合金代號為ZL109的鑄造鋁合金材料是2010年10月前活塞行業中最常用的材料，該材料中各元素及其重量百分比如下：11.0重量百分比~13.0重量百分比的Si，0.5重量百分比~1.5重量百分比的Cu，0.8重量百分比~1.3重量百分比的Mg，0.8重量百分比~1.5重量百分比的Ni，0.05重量百分比~0.2重量百分比的Ti，0~0.7重量百分比的Fe，0~0.2重量百分比的Zn，0~0.2重量百分比的Mn，0~0.01重量百分比的Sn，0~0.05重量百分比的Pb，雜質元素總量不超過1.2重量百分比，餘量為Al。該材料在360攝氏度時的抗拉強度值約為70兆帕左右，已經逐漸不能適應內燃機活塞的更高要求
德國馬勒公司生產的M142型鋁合金材料中各元素及其重量百分比如下：11重量百分比~13重量百分比的Si，2.5重量百分比~4重量百分比的Cu，0.5重量百分比~1.2重量百分比的Mg，1.75重量百分比~3.0重量百分比的Ni，0~0.7重量百分比Fe，0.05重量百分比~0.2重量百分比的Zr，0.05重量百分比~0.2重量百分比的Ti，0.05重量百分比~0.18重量百分比的V，0~0.3重量百分比的Mn，0~0.3重量百分比的Zn，0~0.05重量百分比的Cr，0~0.05重量百分比的Pb，0~0.05重量百分比的Sn，0~0.01重量百分比的Ca，其他雜質元素不超過0.05重量百分比，雜質元素總量≤0.15％，餘量為Al。與ZL109鑄造鋁合金材料相比，M142鋁合金在360攝氏度時的抗拉強度可提高至80兆帕。儘管如此，上述鋁合金材料依然不能滿足高功率密度的柴油機活塞在高溫狀態所需的強度要求。
因此，需要提供一種高溫抗拉強度高且加工性能好的鋁合金。
發明內容
專利目的
《鋁合金和柴油活塞》的目的在於提供一種具有較高的高溫抗拉強度和較好加工性能的鋁合金。
技術方案
《鋁合金和柴油活塞》提供一種鋁合金，包括：13.1重量百分比~16重量百分比的Si；4.1重量百分比~5.5重量百分比的Cu；0.6重量百分比~1.1重量百分比的Mg；2.5重量百分比~3.5重量百分比的Ni；0.15重量百分比~0.3重量百分比的Mn；0.05重量百分比~0.2重量百分比的Ti；0~0.09重量百分比的Zr，Zr的含量大於0；0~0.01重量百分比的B，B的含量大於0；0~0.2重量百分比的Sc，Sc的含量大於0；0.1重量百分比~0.3重量百分比的富鈰稀土，所述富鈰稀土中的鈰含量大於45重量百分比；0重量百分比~0.7重量百分比的Fe；其他雜質元素總量不超過0.15重量百分比，且其他單個雜質元素含量不超過0.05重量百分比；餘量Al。
優選的，所述鋁合金包括：13.1重量百分比~14.5重量百分比的Si。
優選的，所述鋁合金包括：4.5重量百分比~5.2重量百分比的Cu。
優選的，所述鋁合金包括：2.5重量百分比~3重量百分比的Ni。
優選的，所述鋁合金包括：0.2重量百分比~0.26重量百分比的Mn。
優選的，所述鋁合金包括：0.6重量百分比~0.8重量百分比的Mg。
優選的，所述鋁合金的成分為：Si：14重量百分比，Cu：4.7重量百分比，Mg：0.6重量百分比，Ni：2.8重量百分比，Zr：0.02重量百分比，Sc：0.01重量百分比，Mn：0.2重量百分比，Ti：0.1重量百分比，B：0.001重量百分比，富鈰稀土：0.2重量百分比，Fe：0.5重量百分比，餘量Al；所述富鈰稀土中的鈰含量為65重量百分比。
優選的，所述鋁合金的成分為：Si：13.4重量百分比，Cu：5.1重量百分比，Mg：0.8重量百分比，Ni：2.6重量百分比，Zr：0.004重量百分比，Sc：0.02重量百分比，Mn：0.2重量百分比，Ti：0.09重量百分比，B：0.001重量百分比，富鈰稀土為0.2重量百分比，Fe為0.4重量百分比，餘量為Al；所述富鈰稀土中的鈰含量為65重量百分比。
優選的，所述鋁合金的金相組織中含有細小的、均勻分布的Al4CuNi金屬間化合物。
《鋁合金和柴油活塞》還提供一種由以上任一項技術方案所述的鋁合金鑄造的內燃機活塞。
《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金中添加了適量的Sc和富鈰稀土，並調整了合金元素的整體配比，如Si、Cu、Mg、Ni、Mn、Ti、Zr、B等合金元素的比例關係。實驗結果表明，與2010年10月前相關技術相比，《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金不但具有良好的高溫性能，而且具有良好的加工性能，特別適用於製備鑄造鋁合金活塞。
《鋁合金和柴油活塞》的具體思路如下：
首先，《鋁合金和柴油活塞》通過調整矽、銅和鎳的含量，充分發揮銅、鎳在鋁基體中的固溶強化作用和熱強作用，並使合金溶液保持較好的流動性，提高合金的鑄造性能，同時降低合金的線膨脹係數，提高合金的高溫穩定性。其中Cu、Ni和Al形成的金屬間化合物Al4CuNi和Al6Cu3Ni，均勻的分布於Al基體中，能有效增加合金的高溫強度。
其次，《鋁合金和柴油活塞》還向合金中加入適量的Ti、Zr、Sc等元素，上述元素分別與鋁形成Al3Ti、Al3Zr、Al3Sc等第二相粒子，通過第二相彌散強化作用和沉澱硬化作用進一步提高合金在高溫下的變形抗力。
第三，《鋁合金和柴油活塞》提供的合金中B和富鈰稀土等合金元素分布於晶界上，可以起到強化晶界的作用。此外，富鈰稀土的晶粒細化作用也有助於提高合金的高溫強度。
最後，《鋁合金和柴油活塞》還調整了Mn的含量，少量的Mn用於與Fe、Al和Si形成塊狀的AlFeMnSi化合物，不僅可以降低合金的脆性，還可提高合金的高溫強度。
改善效果
《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金不但具有較高的高溫強度，同時還具有較好的鑄造性和機械加工性。實驗結果表明，《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金不但具有較好的導熱係數和線膨脹係數，而且在高溫下具有較高的抗拉強度，適合用於高功率密度的柴油機活塞。
附圖說明
圖1為《鋁合金和柴油活塞》實施例1製得的鋁合金材料的掃描電鏡圖；
圖1
圖2為《鋁合金和柴油活塞》實施例1製得鋁合金材料的拉伸測試曲線。
圖2
技術領域
《鋁合金和柴油活塞》涉及金屬材料領域，特別涉及一種鋁合金和柴油機活塞。
權利要求
1.一種鋁合金，其特徵在於，包括：13.1重量百分比~16重量百分比的Si；4.1重量百分比~5.5重量百分比的Cu；0.6重量百分比~1.1重量百分比的Mg；2.5重量百分比~3.5重量百分比的Ni；0.15重量百分比~0.3重量百分比的Mn；0.05重量百分比~0.2重量百分比的Ti；大於0~小於等於0.09重量百分比的Zr；大於0~小於等於0.01重量百分比的B；大於0~小於等於0.2重量百分比的Sc；0.1重量百分比~0.3重量百分比的富鈰稀土，所述富鈰稀土中的鈰含量大於45重量百分比；0重量百分比~0.7重量百分比的Fe；其他雜質元素總量不超過0.15重量百分比，且其他單個雜質元素含量不超過0.05重量百分比；餘量Al；所述Cu、Ni和Al形成金屬間化合物Al4CuNi和Al6Cu3Ni，均勻的分布於Al基體中。
2.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，包括：13.1重量百分比~14.5重量百分比的Si。
3.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，包括：4.5重量百分比~5.2重量百分比的Cu。
4.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，包括：2.5重量百分比~3重量百分比的Ni。
5.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，包括：0.2重量百分比~0.26重量百分比的Mn。
6.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，包括：0.6重量百分比~0.8重量百分比的Mg。
7.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，其成分為：Si：14重量百分比，Cu：4.7重量百分比，Mg：0.6重量百分比，Ni：2.8重量百分比，Zr：0.02重量百分比，Sc：0.01重量百分比，Mn：0.2重量百分比，Ti：0.1重量百分比，B：0.001重量百分比，富鈰稀土：0.2重量百分比，Fe：0.5重量百分比，餘量Al；所述富鈰稀土中的鈰含量為65重量百分比。
8.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，其成分為：Si：13.4重量百分比，Cu：5.1重量百分比，Mg：0.8重量百分比，Ni：2.6重量百分比，Zr：0.004重量百分比，Sc：0.02重量百分比，Mn：0.2重量百分比，Ti：0.09重量百分比，B：0.001重量百分比，富鈰稀土為0.2重量百分比，Fe為0.4重量百分比，餘量為Al；所述富鈰稀土中的鈰含量為65重量百分比。
9.由權利要求1~8任意一項鋁合金鑄造的柴油機活塞。
實施方式
操作內容
《鋁合金和柴油活塞》實施例公開了一種鋁合金，包括：13.1重量百分比~16重量百分比的Si；4.1重量百分比~5.5重量百分比的Cu；0.6重量百分比~1.1重量百分比的Mg；2.5重量百分比~3.5重量百分比的Ni；0.15重量百分比~0.3重量百分比的Mn；0.05重量百分比~0.2重量百分比的Ti；0~0.09重量百分比的Zr，Zr的含量大於0；0~0.01重量百分比的B，B的含量大於0；0~0.2重量百分比的Sc，Sc的含量大於0；0.1重量百分比~0.3重量百分比的富鈰稀土，所述富鈰稀土中的鈰含量大於45重量百分比；0重量百分比~0.7重量百分比的Fe；其他雜質元素總量不超過0.15重量百分比，且其他單個雜質元素含量不超過0.05重量百分比；餘量Al。
《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金中，Cu和Ni用於固溶強化合金Al基體相，《鋁合金和柴油活塞》中選用4.1重量百分比~5.5重量百分比的Cu和2.5重量百分比~3.5重量百分比的Ni。實驗結果表明，按照上述比例搭配的銅和鎳可充分發揮銅、鎳在鋁基體中的固溶強化作用和熱強作用。此外，Cu、Ni和Al形成金屬間化合物Al4CuNi和Al6Cu3Ni可均勻的分布於Al基體中，有效增加合金的高溫強度。《鋁合金和柴油活塞》優選控制Cu的含量為4.5重量百分比~5.2重量百分比，更優選為4.7重量百分比或5.1重量百分比；Ni的含量優選為2.5重量百分比~3重量百分比，更優選為2.6重量百分比~2.8重量百分比。Cu和Ni含量過高則會提高合金的線膨脹係數，降低合金的高溫穩定性，同時還會增加合金的熱裂傾向。
《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金包括13.1重量百分比~16重量百分比的矽，確定上述矽含量的目的在於：一方面可以降低合金的線膨脹係數，從而提高合金的高溫穩定性；另一方面可以使合金溶液保持較好的流動性，使合金具有良好的鑄造性能和機械加工性。《鋁合金和柴油活塞》優選控制矽的含量為13.1重量百分比~14.5重量百分比，更優選為13.4重量百分比~14重量百分比，若矽含量過高，則會使合金的耐磨性過於增強，由此造成合金機械加工性能的下降，同時會降低合金的導熱係數，進而影響合金的使用性能。
《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金中Mg含量為0.6wt~1.1重量百分比，Mg與Cu配合加入合金中，形成W相，即Al4Mg5Cu4Si4，可以提高合金的高溫強度和耐熱性能。若鎂含量超過1.1重量百分比時，不但對合金強度的提高作用並不明顯，且會使合金脆化。《鋁合金和柴油活塞》優選控制鎂的含量為0.6重量百分比~0.8重量百分比。
《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金中還包括微量的Ti、Zr和Sc。上述微量元素一方面可以分布在合金的晶體缺陷中，降低位錯的畸變能，在高溫下可以阻止位錯運動，從而提高強度。此外，上述微量元素與鋁元素還可以分別形成Al3Ti、Al3Zr、Al3Sc等第二相粒子，這些第二相粒子彌散分布可以起到沉澱硬化的作用，提高了合金在高溫下的變形抗力。但是，若Ti、Zr和Sc含量過高則會增加合金的脆性。
《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金中，B元素為必須組分，B與富鈰稀土中的鈰和鑭等元素吸附於晶界上，增加了界面激活能，阻止晶界的滑移，提高晶界裂紋形成時的表面能，有效強化了晶界，提高了高溫下晶界的強度。富鈰稀土還起到變質作用，細化初晶矽和共晶矽，可提高合金高溫強度，降低線膨脹係數。
此外，2010年10月前公知的熔煉方法在熔煉過程中都難以避免從原材料和使用的工具中帶進鐵元素，Fe與Al和Si形成的片狀鐵相AlFeSi化合物對基體起割裂作用，使合金變脆，降低合金的塑性和熱穩定性，為此《鋁合金和柴油活塞》添加0.15重量百分比~0.3重量百分比的錳來消除鐵的這種不利影響，使Fe與Al、Si和Mn形成塊狀鐵相AlFeMnSi化合物，不僅可以降低合金的脆性，還對提高合金的高溫強度有益。但錳含量過高會惡化合金的鑄造性能和損壞鑄件的緻密性，因此《鋁合金和柴油活塞》選用適量的錳，同時控制鐵的含量在0.7重量百分比以下。
對於上述鋁合金的製備方法，可以為該領域技術人員熟知的方法，具體如將合金原料依次進行熔煉、精煉、鑄造後進行熱處理，《鋁合金和柴油活塞》對此並無特別限制。
《鋁合金和柴油活塞》還提供一種由上述鋁合金鑄造的柴油機活塞。
實施案例
- 實施例1
該實施例製備如下成分的鋁合金：Si：14重量百分比，Cu：4.7重量百分比，Mg：0.6重量百分比，Ni：2.8重量百分比，Fe：0.5重量百分比，Zr：0.02重量百分比，Sc：0.01重量百分比，Mn：0.2重量百分比，Ti：0.11重量百分比，B：0.001重量百分比，富鈰稀土：0.23重量百分比，餘量Al，其製備工藝如下：
1、在中頻爐中加入結晶矽、工業純鋁錠、鋁鎳中間合金、鋁銅中間合金和回爐料進行熔煉。
2、將上述爐料熔化後升溫至約600攝氏度時，向中頻爐中加入錳、鋁鈦硼合金、富鈰稀土金屬、鋯合金和鈧合金。
3、待上述爐料全部熔化後，升溫至約780攝氏度並用鐘罩壓入湖北洪湖市紅梅冶金材料有限責任公司生產的紅梅1號磷變質劑對合金液進行變質處理。
4、將步驟3得到的合金液倒入電阻坩堝爐中，溫度降至760攝氏度左右用鐘罩壓入金屬鎂。
5、待合金液溫度達約720攝氏度時用鐘罩壓入六氯乙烷精煉。
6、靜置20分鐘取樣分析，必要時進行調料處理。
7、當合金液溫度為750攝氏度時澆入金屬模中。
8、待鑄件凝固後，在鑄件表面溫度450攝氏度時取出鑄件，進行快速冷卻。
9、將鑄件裝入220攝氏度的箱式電阻爐中保溫8小時，進行人工時效處理。
該實施例製得的合金材料的掃描電鏡圖如圖1所示，圖中1為Al基體相，顏色略淺，2為Si相，顏色較深，3為Al4CuNi金屬間化合物相，顏色較白。
將該實施例製得的合金材料製成直徑φ5的標準拉伸試樣，取3個拉伸試樣分別在美國Instron3369力學試驗機上，按GB/T4338《金屬材料高溫拉伸試驗方法》，在360攝氏度時做拉伸試驗記錄的拉伸曲線，如圖2所示，測試速度1mm/min。
圖2中，曲線1為試樣1的拉伸曲線，抗拉強度103.7兆帕，曲線2為試樣2的拉伸曲線，抗拉強度95.2兆帕，曲線3為試樣3的拉伸曲線，抗拉強度99.3兆帕。
對該實施例製備的鋁合金材料進行測試，其物理性能如下：密度：2.71（克/立方厘米）；導熱係數：125.9（瓦/米·度，室溫~360攝氏度）；線膨脹係數：18.14×10（1/K，室溫~360攝氏度）。
- 實施例2
該實施例製備的鋁合金成分如下：Si：13.4重量百分比，Cu：5.1重量百分比，Mg：0.84重量百分比，Ni：2.6重量百分比，Fe：0.46重量百分比，Zr：0.0042重量百分比，Sc：0.02重量百分比，Mn：0.21重量百分比，Ti：0.09重量百分比，B：0.0011重量百分比，RECe：0.18％，Al餘量。其製備工藝與實施例1相同。
對該實施例製備的鋁合金材料進行測試，其力學性能和物理性能如下：360攝氏度時的抗拉強度：三個試樣的抗拉強度依次為94兆帕，98兆帕，102兆帕。密度：2.72（克/立方厘米）；導熱係數：125.6（瓦/米·度，室溫~360攝氏度）；線膨脹係數：18.23×10（1/K，室溫~360攝氏度）。
- 比較例1：製備M142鋁合金
該比較例製備的鋁合金成分如下：Si：12.8重量百分比，Cu：4重量百分比，Mg：0.6重量百分比，Ni：2.3重量百分比，Fe：0.4重量百分比，Zr：0.12重量百分比，Ti：0.06重量百分比，V：0.1重量百分比，Mn：0.2重量百分比，Zn：0.13重量百分比，Cr：0.02重量百分比，Sn：0.03重量百分比，Al餘量。其製備工藝如下：
1、在中頻爐中加入結晶矽、工業純鋁錠、鋁鎳中間合金、鋁銅中間合金和回爐料後進行熔煉。
2、將上述爐料熔化後升溫至約600攝氏度時向中頻爐中加入金屬錳、鋁鈦合金、鋯合金、釩合金和鋅合金。
3、待上述爐料全部熔化後，升溫至約780攝氏度並用鐘罩壓入湖北洪湖市紅梅冶金材料有限責任公司生產的紅梅1號磷變質劑對合金液進行變質處理。
4、將步驟3得到的合金液倒入電阻坩堝爐中，溫度降至760攝氏度用鐘罩壓入金屬鎂。
5、待合金液溫度達約720攝氏度時用鐘罩壓入六氯乙烷精煉。
6、靜置20分鐘取樣分析，必要時進行調料處理。
7、當合金液溫度為750攝氏度時澆入金屬模中。
8、待鑄件凝固後，在鑄件表面溫度450攝氏度時取出鑄件，進行快速冷卻。
9、將鑄件裝入220攝氏度的箱式電阻爐中保溫8小時，進行人工時效處理。
對比較例製備的鋁合金材料進行測試，其力學性能和物理性能如下：360攝氏度時的抗拉強度：79.6兆帕；密度：2.76（克/立方厘米）；導熱係數：125.5（瓦/米·度，室溫~360攝氏度）；線膨脹係數：18.58×10（1/K，室溫~360攝氏度）。
- 比較例2：製備ZL109鋁合金
該比較例製備的鋁合金成分如下：Si：13重量百分比，Cu：1.4重量百分比，Mg：1重量百分比，Ni：1.3重量百分比，Fe：0.4重量百分比，Ti：0.08重量百分比，Mn：0.2重量百分比，Al餘量。其製備工藝如下：
1、在中頻爐中加入結晶矽、工業純鋁錠、鋁鎳中間合金、鋁銅中間合金和回爐料後進行熔煉。
2、將上述爐料熔化後升溫至600攝氏度時向中頻爐中加入金屬錳和鋁鈦合金。
3、待上述爐料全部熔化後，升溫至780攝氏度並用鐘罩壓入湖北洪湖市紅梅冶金材料有限責任公司生產的紅梅1號磷變質劑對合金液進行變質處理。
4、將步驟3得到的合金液倒入電阻坩堝爐中，溫度降至760攝氏度用鐘罩壓入金屬鎂。
5、待合金液溫度達720攝氏度時用鐘罩壓入六氯乙烷精煉。
6、靜置20分鐘取樣分析，必要時進行調料處理。
7、當合金液溫度為750攝氏度時澆入金屬模中。
8、待鑄件凝固後，在鑄件表面溫度450攝氏度時取出鑄件，進行快速冷卻。
9、將鑄件裝入220攝氏度的箱式電阻爐中保溫8小時，進行人工時效處理。
對該比較例製備的鋁合金材料進行測試，其力學性能和物理性能如下：360攝氏度時的抗拉強度：68.2兆帕；密度：2.69（克/立方厘米）；導熱係數：124.8（瓦/米·度，室溫~360攝氏度）；線膨脹係數：18.43×10（1/K，室溫~360攝氏度）。
由上述結果可知，《鋁合金和柴油活塞》提供的鋁合金在360攝氏度的抗拉強度高於90Mpa，明顯高於ZL109和M142材料，且導熱係數和線膨脹係數與ZL109和M142材料相當，適合用作高功率密度的柴油機活塞。
註：以上實施例中的結晶矽含矽98重量百分比以上；工業純鋁錠含鋁99.6重量百分比以上；鋁鎳中間合金含鎳約10重量百分比，其餘為鋁；鋁銅中間合金含銅約50重量百分比，其餘為鋁；回爐料是生產過程中產生的澆口、冒口、鋁屑及活塞廢品等通過熔煉，自行回收的材料，《鋁合金和柴油活塞》實施例使用的回爐料包括：13.6重量百分比的Si、4.2重量百分比的Cu、0.8重量百分比的Mg、2.3重量百分比的Ni、0.2重量百分比的Mn、0.1重量百分比的Ti、0.001重量百分比的B、0.001重量百分比的Zr、0.001重量百分比的Sc、0.15重量百分比的RE、0.4重量百分比的Fe和餘量的Al；金屬錳含錳96.5％以上；富鈰混合稀土採用GB4153中的RECe-45；鋯合金含鋯約4重量百分比，其餘為鋁；鈧合金含鈧約2重量百分比，其餘為鋁。
專利榮譽
2021年6月24日，《鋁合金和柴油活塞》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
