專利名稱：：高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬合金及其制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種耐熱、耐磨、低膨脹系數(shù)的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套和或襯套材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：發(fā)動(dòng)機(jī)配缸間隙決定并影響著發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度、廢氣壓力、燃油消耗以及燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的重要參數(shù)。鑄鐵、鋼缸套材料與活塞鋁合金材料熱物理性能相容性差，難于進(jìn)一步縮小配缸間隙，不能高效經(jīng)濟(jì)的解決高功率密度、高經(jīng)濟(jì)性發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力技術(shù)問題。而高硅鋁合金缸套與活塞鋁合金材料熱物理性能相容性好，可以顯著地縮小配缸間隙，可解決或克服鑄鐵、鋼缸套的缺點(diǎn)與不足。高硅鋁合金的摩擦機(jī)理是軟基體上分布高硬度質(zhì)點(diǎn)相，質(zhì)點(diǎn)相越細(xì)小、分布越均勻，其摩擦學(xué)性能越好；過渡族合金元素含量越高，對摩擦學(xué)性能和高溫性能越有益。英國專利GB972095公布的一種高硅鋁合金缸套材料含銅、鎳、鐵、錳等過渡族元素，但含量低，將使合金耐高溫性能與摩擦學(xué)性能不足；而且采用壓鑄成形方法難以獲得細(xì)小均勻的高硬度化合物質(zhì)點(diǎn)相以及高硅質(zhì)點(diǎn)，將造成加工性能差；還存在補(bǔ)縮壓力不足、內(nèi)在氣孔問題，不能通過熱處理強(qiáng)化等。英國專利GB2302695、歐洲專利EP367229及美國專利PS4155756、4938810公布的不含鎳、鐵、錳等過渡族元素，且硅含量過高，將使該種合金高溫、室溫力學(xué)性能過低，且這幾份專利技術(shù)均采用粉末冶金工藝，將造成制造成本極高，以及質(zhì)量一致性與力學(xué)性能均勻性差等問題。中國專利CN00124660.7、CN200510048662.7公開的合金及噴射沉積制造方法，顯示出所制備材料組織、摩擦學(xué)以及力學(xué)性能的優(yōu)越性，但存在制造成本極高的問題，難以獲得用離心鑄造鑄鐵缸套的低成本工藝效果，應(yīng)用受到了局限。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，進(jìn)行多元合金化設(shè)計(jì)與制造，提供一種綜合性能先進(jìn)的新型高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料及其制備方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料，其特征在于該材料各組分按重量百分比為Si:13.0%27.0%;Fe:0.3%2.0%;Ni:1.5%5%;Cu:1.5%4.0%;Mg:0.3%0.8%;Mn:0.3%0.8%;V:0.1%0.5%;Sr:0.05%0.10%;RE:0.04%0.1%;P:0.01-0.1;A1:余量。所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料，該材料各組分的優(yōu)選成分按重量百分比為Si:20.5%;Fe:1.50%;Ni:2.00%;CU:2.00%;Mg:0.50%;Mn:0.50%;V:0.35%;Sr:0.08%;RE:0.08%;P:0.07;A1:余量。所述的稀土RE采用混合稀土，即以La為主的La-Ce-Pr-Nd系合金，合金的成分按重量百分比為La:60%、Ce:15%、Pr:15%、Nd:10%。所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料的制備方法，該制備方法包括下列步驟①成分設(shè)計(jì)與精確配料成分設(shè)計(jì)各組分按重量百分比為Si:13.0%27.0%;Fe:0.3%2.0%;Ni:1.5%5%;CU:1.5%4.0%;Mg:0.3%0.8%;Mn:0.3%0.8%;V:0.1%0.5%;Sr:0.05%0.10%;RE:0.04%0.1%;P:0.01-0.1;A1:余量；精確配料按本發(fā)明的合金成分，采用鋁硅、鋁鐵、鋁鎳、鋁銅、鋁錳、鋁釩、鋁鍶、鋁稀土、銅磷中間合金以及純鋁、純鎂爐料，進(jìn)行定量配料；②熔煉、覆蓋、精煉與變質(zhì)處理采用中頻電磁感應(yīng)爐熔煉，熔煉時(shí)將上述中間合金、除銅磷中間合金外，加入后熔化，調(diào)整鋁液溫度為700-730°C，加入鋁、鎂爐料，鎂塊用壓瓢或鐘罩的方式壓入鋁熔體中，并移動(dòng)直至熔化；覆蓋劑的加入，覆蓋劑以不出現(xiàn)裸露金屬液面為準(zhǔn)，以保護(hù)鋁液避免氧化燒損，分別在裝爐、熔煉、加鎂及澆注時(shí)均勻撒入；采用含鉀、鎂氯鹽覆蓋劑，用量為總爐料量的13%;精煉處理，調(diào)整鋁液溫度750°C880°C，加入總爐料量的0.51.0%的六氯乙烷與氟硅酸鈉的精煉熔劑，用鐘罩壓入熔體中并均勻的移動(dòng)，對合金液進(jìn)行精煉與凈化處理，以去除合金中渣物和有害氣體；精煉時(shí)間控制在10-15分鐘，靜置5-10分鐘后扒去渣物；再均勻撒上一層覆蓋劑；變質(zhì)處理，調(diào)整鋁液溫度至800-90(TC，加入銅磷中間合金(含磷10%)，磷的加入量為總爐料量的0.01-0.1%，用漏勺加入；全部熔化后，靜置8-10分鐘；③離心鑄造成型由變頻電機(jī)控制，經(jīng)上述在中頻電磁感應(yīng)爐中合金熔煉、覆蓋保護(hù)、精煉凈化與變質(zhì)處理后的合金熔液澆注到預(yù)熱的導(dǎo)流槽中控制導(dǎo)流，導(dǎo)入到預(yù)熱的筒形模具中，啟動(dòng)離心機(jī)至規(guī)定轉(zhuǎn)速，同時(shí)，打開水閥噴水冷卻系統(tǒng)，對模具進(jìn)行噴淋冷卻；在離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，金屬液在高于重力鑄造幾十幾百倍凝固壓力作用下凝固結(jié)晶，通過采用不同尺寸筒形模具與控制不同的金屬澆入量，按金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)及離心機(jī)鑄造成型控制參數(shù)，制備不同直徑大小的筒形管坯；金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)導(dǎo)流槽采用耐火保溫材料搗成，耐火度高于IOO(TC，搗實(shí)，導(dǎo)流槽表面光滑；新?lián)v打的需預(yù)先加熱燒結(jié)，工藝為100(TC，2h，也可市購耐火導(dǎo)流槽，預(yù)熱溫度400600°C;筒形模具預(yù)熱溫度100300°C;澆注溫度700900°C;金屬流量515Kg/s;離心機(jī)鑄造成型控制參數(shù)旋轉(zhuǎn)速度2002000r/min;水冷冷卻常壓，噴淋冷卻；采用小23mm噴水孔，間隔2mm，沿軸向密布。制備材料及產(chǎn)品參數(shù)制備筒坯尺寸外直徑60-200mm，內(nèi)直徑50-180mm，長度150-250mm;壁厚5-30mm;熱處理將高硅梯度復(fù)合鋁合金筒坯材料放入熱處理爐中按固溶處理參數(shù)和時(shí)效處理參數(shù)進(jìn)行固溶與時(shí)效處理；固溶處理參數(shù)固溶溫度480525°C;保溫時(shí)間1.03.Oh;熱水淬火溫度60IO(TC;時(shí)效處理參數(shù)時(shí)效溫度160220°C;保溫時(shí)間6.012.Oh;⑤機(jī)加工與珩磨加工潤滑冷卻劑煤油；缸套機(jī)械成型加工刀頭合金鋼或金剛石刀頭；缸套內(nèi)表面珩磨加工刀頭硬質(zhì)合金珩磨頭。所述的覆蓋劑按重量百分?jǐn)?shù)采用100%MgCl2.KC1或80%MgCl2.KC1+20%CaF2溶劑；配制采用化學(xué)純MgCl2.KC1(光鹵石)、CaF2配料。所述的覆蓋劑的配制要求是待緩慢升溫脫水后，加熱到66070(TC熔化，冷卻后破碎、球磨成粉，用2050目篩過篩，密封存放待用。所述的精煉劑按重量百分比采用70%的六氯乙烷與30%的氟硅酸鈉，稱重混合壓制成。50X30-50的料塊，用鋁箔分包，存于密封的干燥器中，使用前置于爐旁預(yù)熱。所述的離心鑄造成型中的金屬導(dǎo)流澆注的優(yōu)選參數(shù)導(dǎo)流槽預(yù)熱溫度450500°C;筒形模具熱溫度120180°C;澆注溫度730850°C;金屬流量58Kg/s;所述的離心機(jī)鑄造成型控制的優(yōu)選參數(shù)旋轉(zhuǎn)速度8001200r/min;水冷冷卻常壓，噴淋冷卻；采用小23mm噴水孔，間隔2mm，沿軸向密布。所述的制備材料及產(chǎn)品的優(yōu)選參數(shù)制備筒坯尺寸外直徑70-180mm，內(nèi)直徑60-160mm，長度180-250mm;壁厚6-20亂所述的熱處理中固溶處理參數(shù)與時(shí)效處理參數(shù)的優(yōu)選方案是固溶處理參數(shù)固溶溫度510520°C;保溫時(shí)間1.52.Oh;熱水淬火溫度80IO(TC;時(shí)效處理參數(shù)時(shí)效溫度170190°C;保溫時(shí)間7.308.30h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明材料及方法制造的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料及制品具有比壓鑄工藝獲得的制品更高的綜合力學(xué)性能特點(diǎn)，優(yōu)越于鑄鐵缸套材料的力學(xué)性能與摩擦學(xué)性能特點(diǎn)；獲得比粉末冶金與噴射沉積工藝低成本的制造技術(shù)效果，并且獲得內(nèi)表面高硅與高M(jìn)g2Si含量體積分?jǐn)?shù)的梯度復(fù)合材料，這對內(nèi)表面的摩擦學(xué)性能更為有益；將獲得與活塞鋁合金配缸相容性好的技術(shù)優(yōu)勢及特點(diǎn)。本發(fā)明的高硅梯度復(fù)合鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸套制備技術(shù)特點(diǎn)之一是采用Sr-P-RE三元復(fù)合變質(zhì)處理技術(shù)，強(qiáng)烈細(xì)化初晶硅、共晶硅與基體a相組織；制備技術(shù)特點(diǎn)之二是采用變頻電機(jī)控制的離心鑄造技術(shù)，可獲得梯度摩擦學(xué)功能復(fù)合材料，對高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套的摩擦學(xué)性能更為有益。比噴射沉積、粉末冶金工藝制備成本低，比壓鑄工藝獲得的制品性能更為優(yōu)越，制造的缸套制品可沿用鑄鐵缸套加工設(shè)備及工藝條件加工；也可設(shè)計(jì)制造適用于高硅鋁合金加工的專用珩磨刀頭，其缸套加工面質(zhì)量與使用效果將更為優(yōu)越。圖1為本發(fā)明材料的離心鑄造成型工藝流程圖。圖2為本發(fā)明離心鑄造成型的管坯結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明管坯材料在熱處理爐中的裝置工藝圖。圖4為本發(fā)明材料制造的某發(fā)動(dòng)機(jī)缸套結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式包含在本發(fā)明中的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料，其金屬元素主要為鋁、硅、鐵、鎳、錳、銅、鎂、釩、鍶、稀土、磷等元素。在本發(fā)明中，優(yōu)選Si的含量為13.0%27.0%;其作用是提高合金耐磨性能與熱物理性能，并對力學(xué)性能提高有益。在同時(shí)含鎂時(shí)，作為Mg2Si析出相起強(qiáng)化作用，為最大化發(fā)揮Mg的強(qiáng)化效果，應(yīng)有過剩硅存在。此外，過剩硅的作用是形成細(xì)小、分布均勻的硅晶體顆粒，對耐磨性能作用極大。在本發(fā)明中，鐵也是有益元素，優(yōu)選Fe的含量為0.3%2.0%;其作用機(jī)理是形成復(fù)合相化合物，對提高耐磨性能、高溫力學(xué)性能與熱物理性能有益。但鐵對合金鑄造成形工藝性能、凝固組織控制以及機(jī)械加工性能帶來難度，因此必須控制一定量。在本發(fā)明中，優(yōu)選Ni的含量為1.5%5.0%;其作用是形成耐高溫金屬間化合物相，對提高耐磨性能與高溫力學(xué)性能更有益，比鐵的作用效果優(yōu)越，但材料價(jià)格較高，因此必須控制一定量。在本發(fā)明中，優(yōu)選Cu的含量為1.5%4.0%;其作用是形成銅鎂鋁金屬間化合物相，提高合金的力學(xué)性能，但高溫時(shí)銅化合物相有粗化傾向，因此必須控制一定量。在本發(fā)明中，優(yōu)選Mg的含量為0.3%0.8%;其作用是與硅、銅形成時(shí)效析出相提高合金的力學(xué)性能，對合金塑性提高有利，但加入量過多會(huì)影響高溫性能等。在本發(fā)明中，優(yōu)選Mn的含量為0.3X0.8X;其作用是與鐵、硅、鋁等形成化合物相，對耐磨性能與高溫力學(xué)性能以及熱物理性能改善有有益影響，并改善鐵相化合物形態(tài)，使之有益于提高合金的綜合力學(xué)性能。在本發(fā)明中，優(yōu)選V的含量為0.1%0.5%;其作用是細(xì)化合金組織以及高溫時(shí)阻礙晶界遷移，抑制組織粗化。在本發(fā)明中，優(yōu)選Sr的含量為0.05%0.10%;其作用是去除鐵相的有害作用以及對共晶硅、初晶硅細(xì)化變質(zhì)作用。在去除鐵的有害作用中其作用原理與錳不同，主要改變含鐵相的析出形態(tài)，使之由粗大棒狀、針狀相直接由鑄態(tài)轉(zhuǎn)變成漢字狀，這對合金力學(xué)性能有益。在本發(fā)明中，優(yōu)選RE的含量為0.04%0.1%;其作用是與Sr、P形成三元復(fù)合變質(zhì)劑，共同細(xì)化初晶硅、共晶硅以及細(xì)化a相組織。在本發(fā)明中，優(yōu)選P的含量為0.01-0.1;其作用是強(qiáng)烈細(xì)化初晶硅以及對共晶硅也兼有細(xì)化與控制作用。鋁是合金中的基體元素，其含量受合金化元素加入量約束。高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套的制備方法成分設(shè)計(jì)與精確配料按照本發(fā)明合金的成分配方進(jìn)行精確配料。在配料方法上，對硅、鐵、鎳、錳、銅、釩、鍶、稀土等高熔點(diǎn)合金元素，采用中間合金的方法，進(jìn)行配料，以便于能將這些高熔點(diǎn)合金元素加入到低熔點(diǎn)的鋁中，即以A1-40%Si、A1-30%Fe、A1-20%Ni、Al-50%Cu、Al-15%Mn、Al_15%V、A1_10%Sr、Al_10%RE、Cu_10%P中間合金的爐料形式進(jìn)行配料。鎂熔點(diǎn)與鋁相近以純金屬爐料的方式進(jìn)行配料。在以中間合金的爐料方式配料后，鋁量不足時(shí)，將以純鋁爐料的方式補(bǔ)足。在磷變質(zhì)處理控制中，為避免磷揮發(fā)燃燒，也采用中間合金的方法，即采用銅磷中間合金，含磷10%。如圖2、圖4所示，為本發(fā)明的高硅鋁合金缸套結(jié)構(gòu)形式，長度為L、內(nèi)徑為①，但不局限于此結(jié)構(gòu)。可借助鑄鐵、鋼缸套加工機(jī)床與條件加工，也可采用常規(guī)機(jī)械加工設(shè)備與缸套專用珩磨加工機(jī)床加工。缸套可采用壓入或鑲鑄的方式與缸體(未示出)緊配合裝配，并通過與缸蓋(未示出)和活塞(未示出)三者形成在燃油或燃?xì)獗瑝合碌墓δ荜P(guān)系，使活塞在受迫運(yùn)動(dòng)下推動(dòng)曲軸(未示出)作功，輸出動(dòng)力。本發(fā)明圖1的離心鑄造成型工藝由變頻電機(jī)控制，裝置中的1-中頻電磁感應(yīng)爐，2-導(dǎo)流槽，3-噴水冷卻系統(tǒng)，4-離心鑄造機(jī)，5-筒形模具，6-金屬液，7-筒形管坯。本發(fā)明圖2的熱處理工藝裝置中的8-熱處理爐，7-筒形管坯及材料。本發(fā)明圖4是以本發(fā)明制備工藝制造的某類缸套零件。測試用樣品件采用1、高硅梯度復(fù)合鋁合金筒形管坯解剖，切取圓形拉伸試樣；2、高硅梯度復(fù)合鋁合金筒形管坯解剖，切取金相試樣；3、高硅梯度復(fù)合鋁合金筒形管坯解剖，切取摩擦學(xué)試驗(yàn)方條試樣；4、圖3所示樣品件。實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3采用本發(fā)明材料及上述制備方法制造的本發(fā)明材料及制品具有的特點(diǎn)在于表1各實(shí)施例化學(xué)分析(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>0098]以實(shí)施例2為例子做配料計(jì)算0099]1)實(shí)施例2的化學(xué)成分如下0100]Si:20.5%;Fe:1.50%;Ni:2.00%;CU:2.00%;Mg:0.50%;Mn:0.50%;V:0.35%;Sr:0.08%;RE:0.08%;P:0.07;A1:余量的鋁合金。0101]2)則合金中需要各合金元素量為0102]按裝爐100公斤爐料，進(jìn)行配料計(jì)算0103]Si:20.5公斤；Fe:1.50公斤；Ni:2.00公斤;CU:2.00公斤;Mg:0.50公斤;Mn:0.50公斤；V:0.35公斤；Sr:0.08公斤；RE:0.08公斤；P:0.07公斤。Al:余量為100公斤_上述合金元素的總代數(shù)和(27.58公斤)，為72.42公斤。0104]3)因硅、鐵、鎳、錳、銅、釩、鍶、稀土、磷是采用中間合金的爐料形式加入。因此，必須將各合金元素加入量轉(zhuǎn)換成其中間合金的加入量。則0105]①要加入20.5公斤Si，則需要加入Al-40%Si中間合金爐料為0106]20.50公斤/40%=51.25公斤;將帶進(jìn)Al量為51.25-20.50=30.75公斤。0107]②要加入1.50公斤Fe，則需要加入Al-30%Fe中間合金爐料為0108]1.50公斤/30%=5.00公斤；將帶進(jìn)Al量為5.00-1.50=3.50公斤。0109]同理可計(jì)算出加入Ni、、Cu、Mn、V、Sr、RE、P的量。0110]③則需要加入Al-20%Ni中間合金爐料為10.0公斤，將帶進(jìn)Al0111]④則需要加入A1-15XMn中間合金爐料為3.33公斤，將帶進(jìn)Al0112]⑤則需要加入A1-15XV中間合金爐料為2.33公斤，將帶進(jìn)A1:0113]⑥則需要加入Al-10%Sr中間合金爐料為0.8公斤，將帶進(jìn)A1:0114]⑦則需要加入Al-10%RE中間合金爐料為0.8公斤，將帶進(jìn)A1:0115]⑧則需要加入Cu-10%P中間合金爐料為0.7公斤，將帶進(jìn)Cu邐0116]⑨合金中需要銅量為2.00公斤，而在加入磷元素⑧時(shí)帶入Cu量合金還需要補(bǔ)加銅量為1.37公斤。0117]則需要加入A1-50XCu中間合金爐料為2.74公斤，將帶進(jìn)A1邐0118]4)需要補(bǔ)加的A1為0119]因100公斤合金中需要Al量為70.92公斤；0120]而上述采用中間合金的形式加入硅、鐵、鎳、錳、銅、釩、鍶、稀土帶進(jìn)的鋁量為(30.75+3.50+1.37+8.00+2.83+1.98+0.72+0.72)=49.87公斤。0121]則需要補(bǔ)足的純鋁為72.42公斤-49.87公斤=22.55公斤。0122]5)到此為止全部爐料計(jì)算完畢，則應(yīng)向爐中加入的爐料0123]Al-40%Si中間合金爐料為51.25公斤;0124]Al-30%Fe中間合金爐料為5.00公斤；量為8.0公斤；量為2.83公斤；匱為1.98公斤；匱為0.72公斤匱為0.72公斤；t為0.63公斤；t為0.63公斤，則t為1.37公斤；Al-20%Ni中間合金爐料為10.00公斤；Al-50%Cu中間合金爐料為2.74公斤；Al-15%Mn中間合金爐料為3.33公斤；Al-15%V中間合金爐料為2.33公斤；Al-10%Sr中間合金爐料為0.80公斤；Al-10%RE中間合金爐料為0.80公斤；Cu-10%P中間合金爐料為0.70公斤；需要補(bǔ)加的純Al為22.55公斤；需要加入的純Mg為0.50公斤(沒考慮燒損問題，是理論加入量)。6)則總加入量驗(yàn)證51.25+5.00+10.00+2.74+3.33+2.33+0.80+0.80+0.70+22.55+0.50=100公斤表2各實(shí)施例力學(xué)性能特點(diǎn)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注明初晶硅、共晶硅尺寸測量位置靠近筒形內(nèi)圓側(cè)，金屬化合物相尺寸測量位置靠近筒形外圓側(cè)。實(shí)施例4采用本發(fā)明材料及制備方法制造的實(shí)施例2材料及缸套樣品件，所具有的特點(diǎn)在于其物理性能特點(diǎn)1)熱導(dǎo)率室溫25。C時(shí)，100W/m/k;高溫250。C時(shí)，120W/m/k。2)膨脹系數(shù)室溫25。C時(shí)，16.5X10—61/°C;高溫300°C時(shí)，17.95X10—7°C。3)密度室溫25。C時(shí)，2.80g/cm3。其缸套表面硬度特點(diǎn)1)室溫25。C時(shí)，HB250>160。其缸套加工面特性1)表面粗糙度Ra0.6-1.2iim;其模擬發(fā)動(dòng)機(jī)配副條件的摩擦學(xué)性能特點(diǎn)表4高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料在往復(fù)試驗(yàn)機(jī)上的摩擦學(xué)性能數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>注明1)加載負(fù)荷為IOON。2)摩擦偶副1為65Mn鍍鉻與42MnCr52鋼現(xiàn)行發(fā)動(dòng)機(jī)配副條件，42MnCr52鋼為現(xiàn)行發(fā)動(dòng)機(jī)缸套材料，表面高頻淬火處理；65Mn為現(xiàn)行發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)材料，表面鍍鉻處理。權(quán)利要求一種高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料，其特征在于該材料各組分按重量百分比為Si13.0％～27.0％；Fe0.3％～2.0％；Ni1.5％～5％；Cu1.5％～4.0％；Mg0.3％～0.8％；Mn0.3％～0.8％；V0.1％～0.5％；Sr0.05％～0.10％；RE0.04％～0.1％；P0.01-0.1；Al余量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料，其特征在于該材料各組分的優(yōu)選成分按重量百分比為Si:20.5%;Fe:1.50%;Ni:2.00%;CU:2.00%;Mg:0.50%;Mn:0.50%;V:0.35%;Sr:0.08%;RE:0.08%;P:0.07;A1:余量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料，其特征在于所述的稀土RE采用混合稀土，即以La為主的La-Ce-Pr-Nd系合金，合金的成分按重量百分比為La:60%、Ce:15%、Pr:15%、Nd:10%。4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料的制備方法，其特征在于該制備方法包括下列步驟①成分設(shè)計(jì)與精確配料成分設(shè)計(jì)各組分按重量百分比為Si:13.0%27.0%;Fe:0.3%2.0%;Ni:1.5%5%;CU:1.5%4.0%;Mg:0.3%0.8%;Mn:0.3%0.8%;V:0.1%0.5%;Sr:0.05%0.10%;RE:0.04%0.1%;P:0.01-0.1;A1:余量；精確配料按本發(fā)明的合金成分，采用鋁硅、鋁鐵、鋁鎳、鋁銅、鋁錳、鋁釩、鋁鍶、鋁稀土、銅磷中間合金以及純鋁、純鎂爐料，進(jìn)行定量配料；②熔煉、覆蓋、精煉與變質(zhì)處理采用中頻電磁感應(yīng)爐熔煉，熔煉時(shí)將上述中間合金、除銅磷中間合金外，加入后熔化，調(diào)整鋁液溫度為700-73(TC，加入鋁、鎂爐料，鎂塊用壓瓢或鐘罩的方式壓入鋁熔體中，并移動(dòng)直至熔化；覆蓋劑的加入，覆蓋劑以不出現(xiàn)裸露金屬液面為準(zhǔn)，分別在裝爐、熔煉、加鎂及澆注時(shí)均勻撒入；采用含鉀、鎂氯鹽覆蓋劑，用量為總爐料量的13%;精煉處理，調(diào)整鋁液溫度75(TC88(TC，加入總爐料量的0.51.0%的六氯乙烷與氟硅酸鈉的精煉熔劑，用鐘罩壓入熔體中并均勻的移動(dòng)，對合金液進(jìn)行精煉與凈化處理，以去除合金中渣物和有害氣體；精煉時(shí)間控制在10-15分鐘，靜置5-10分鐘后扒去渣物；再均勻撒上一層覆蓋劑；變質(zhì)處理，調(diào)整鋁液溫度至800-900°C，加入銅磷中間合金(含磷10%)，磷的加入量為總爐料量的0.01-0.1%，用漏勺加入；全部熔化后，靜置8-10分鐘；③離心鑄造成型由變頻電機(jī)控制，經(jīng)上述在中頻電磁感應(yīng)爐(1)中合金熔煉、覆蓋保護(hù)、精煉凈化與變質(zhì)處理后的合金熔液澆注到預(yù)熱的導(dǎo)流槽(2)中控制導(dǎo)流，導(dǎo)入到預(yù)熱的筒形模具(5)中，啟動(dòng)離心機(jī)(4)至規(guī)定轉(zhuǎn)速，同時(shí)，打開水閥噴水冷卻系統(tǒng)(3)，對模具進(jìn)行噴淋冷卻；在離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，金屬液(6)在高于重力鑄造幾十幾百倍凝固壓力作用下凝固結(jié)晶，通過采用不同尺寸筒形模具與控制不同的金屬澆入量，按金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)及離心機(jī)鑄造成型控制參數(shù)，制備不同直徑大小的筒形管坯(7);金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)導(dǎo)流槽采用耐火保溫材料搗成，預(yù)熱溫度400600°C;筒形模具預(yù)熱溫度100300°C;澆注溫度700900°C;金屬流量:515Kg/s;離心機(jī)鑄造成型控制參數(shù)旋轉(zhuǎn)速度2002000r/min;水冷冷卻常壓，噴淋冷卻；采用小23mm噴水孔，間隔2mm，沿軸向密布。制備材料及產(chǎn)品參數(shù)制備筒坯尺寸外直徑60-200mm，內(nèi)直徑50-180mm，長度150_250mm;壁厚5_30mm;熱處理將高硅梯度復(fù)合鋁合金筒坯(7)材料放入熱處理爐(8)中按固溶處理參數(shù)和時(shí)效處理參數(shù)進(jìn)行固溶與時(shí)效處理；固溶處理參數(shù)固溶溫度480525°C;保溫時(shí)間1.03.Oh;熱水淬火溫度60IO(TC;時(shí)效處理參數(shù)時(shí)效溫度160220°C;保溫時(shí)間6.012.Oh;⑤機(jī)加工與珩磨加工潤滑冷卻劑煤油；缸套機(jī)械成型加工刀頭合金鋼或金剛石刀頭；缸套內(nèi)表面珩磨加工刀頭硬質(zhì)合金珩磨頭。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料的制備方法，其特征在于所述的覆蓋劑按重量百分?jǐn)?shù)采用100%MgCl2.KCl或80%MgCl2.KCl+20%CaF2溶劑；配制采用化學(xué)純MgCl2.KCl(光鹵石)、CaF2配料。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料的制備方法，其特征在于所述的覆蓋劑的配制要求是待緩慢升溫脫水后，加熱到66070(TC熔化，冷卻后破碎、球磨成粉，用2050目篩過篩，密封存放待用。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料的制備方法，其特征在于所述的精煉劑按重量百分比采用70%的六氯乙烷與30%的氟硅酸鈉，稱重混合壓制成①50X30-50的料塊，用鋁箔分包，存于密封的干燥器中，使用前置于爐旁預(yù)熱。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料的制備方法，其特征在于所述的離心鑄造成型中的金屬導(dǎo)流澆注的優(yōu)選參數(shù)導(dǎo)流槽預(yù)熱溫度450500°C;筒形模具熱溫度120180°C;澆注溫度730850°C;金屬流量58Kg/s;所述的離心機(jī)鑄造成型控制的優(yōu)選參數(shù)旋轉(zhuǎn)速度8001200r/min;水冷冷卻常壓，噴淋冷卻；采用小23mm噴水孔，間隔2mm，沿軸向密布。所述的制備材料及產(chǎn)品的優(yōu)選參數(shù)制備筒坯尺寸外直徑70-180mm，內(nèi)直徑60-160mm，長度180-250mm;壁厚6-20mm。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料的制備方法，其特征在于所述的熱處理中固溶處理參數(shù)與時(shí)效處理參數(shù)的優(yōu)選方案是固溶處理參數(shù)固溶溫度510520°C;保溫時(shí)間1.52.0h;熱水淬火溫度80IO(TC;時(shí)效處理參數(shù)時(shí)效溫度170190°C;保溫時(shí)間7.308.30h。全文摘要本發(fā)明公開的是一種高硅梯度復(fù)合鋁合金缸套材料及其制備方法，該材料各組分按重量百分比為Si13.0％～27.0％；Fe0.3％～2.0％；Ni1.5％～5％；Cu1.5％～4.0％；Mg0.3％～0.8％；Mn0.3％～0.8％；V0.1％～0.5％；Sr0.05％～0.10％；RE0.04％～0.1％；P0.01-0.1；Al余量。其制備方法包括上述材料以中間合金進(jìn)行成分設(shè)計(jì)并精確配料；熔煉、覆蓋、精煉與變質(zhì)處理；離心鑄造成形；熱處理；機(jī)加工與珩磨加工。本發(fā)明特點(diǎn)是采用Sr-P-RE三元復(fù)合變質(zhì)處理技術(shù)和采用變頻電機(jī)控制的離心鑄造技術(shù)，獲得梯度摩擦學(xué)功能的復(fù)合材料，比噴射沉積、粉未冶金工藝制備成本低，比壓鑄工藝獲得的制品力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能更優(yōu)越，制得缸套加工質(zhì)量與使用效果更優(yōu)越，具有與活塞鋁合金配缸相容性好等優(yōu)勢和特點(diǎn)。文檔編號B22D13/02GK101709414SQ20091015418公開日2010年5月19日申請日期2009年11月10日優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日發(fā)明者侯林沖,吳岳壹,孫廷富,彭銀江,李冬梅,王存龍,郭珉,陳大輝,高明燈申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所