[发明专利]内层颗粒增强缸套及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机汽缸部件，特别是一种内层颗粒增强缸套及其制造 方法。

背景技术

缸套是内燃发动机重要零件，缸套的机械性能和热性能对发动机工作效率、 使用寿命以及工作状态有重要的影响。传统的发动机缸套材料主要是合金耐磨 铸铁或钢板。随着节能环保意识的进一步加强，对汽车减重的要求越来越高， 随之出现了用密度较小的铝合金等材料制造缸套，为了增加密度较小材料缸套 的机械性能和热性能，现有技术中出现了高硅铝合金缸套喷射冶金法和铝合金 汽缸内表面激光熔覆硅颗粒增强法两种制造铝合金缸套的方法。

高硅铝合金缸套喷射冶金法是液态熔体喷射沉积成形法。喷射过程熔体内 颗粒细化，并在沉积体内均匀分布。高硅铝合金缸套喷射冶金法主要用于Si含 量在25％以上的过共晶铝硅合金缸套的生产(制备)，在缸套中形成耐磨的初晶硅 颗粒。该方法工艺过程复杂、机械切削量大，材料消耗大、成本高，因此未得到 工业化应用。

铝合金汽缸内表面激光熔复硅颗粒增强法为采用激光熔复硅颗粒增强铝合 金缸套耐磨性，其具体工艺如下：铸造工艺成形气缸整体——对气缸内表面机 加工——采用激光熔覆工艺在气缸内表面堆积厚度约0.8mm高硅层——机械精 加工气缸内表面。该方法需要激光器及其控制仪器和设备，工艺复杂；激光是 点光源，因此熔复硅颗粒时间长，生产效率低；缸套增强层存在1％左右的孔隙 率，孔洞尺寸为0.1-0.5mm，因此缸套的增强层易剥落，影响缸套的使用寿命。 因此，需要一种内层增强缸套，内层增强区域与基体结合良好，稳定牢固，孔 隙率低，重量轻，机械性能和热性能好，并且制造方法工艺过程简单，生产效 率高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种内层颗粒增强缸套及其制造方法，内 层增强层与外层非增强层结合良好，重量轻，孔隙率低，机械性能和热性能好， 并且制造方法工艺过程简单，生产效率高。

本发明的内层颗粒增强缸套，包括缸套基体，所述缸套基体包括径向内层 的增强层和外层的非增强层，增强层由增强颗粒分布在缸套基体内构成，所述 增强层与非增强层通过冶金结合的方式进行结合。

进一步，所述增强层内增强颗粒材料按体积百分含量由高到低从内至外逐 渐过渡；增强层与非增强层通过冶金结合的过渡层进行结合，所述过渡层的增 强颗粒从内至外逐渐降为零；

进一步，所述增强层位于缸套内表面的增强颗粒的体积百分含量大于等于 10％；

进一步，所述增强层位于缸套内表面的增强颗粒的体积百分含量为20— 50％；

进一步，所述增强层位于缸套内表面的增强颗粒的体积百分含量为35％；

进一步，所述增强颗粒为初晶Si和Mg₂Si的混合颗粒，所述缸套基体的材 料为铝基合金；

进一步，初晶Si和Mg₂Si的混合颗粒中，按体积百分含量初晶Si占20％— 50％，初晶Si的粒径为20—120μm，Mg₂Si的粒径为20—40μm；

进一步，所述增强层的厚度为1—3mm；

本发明还公开了一种内层颗粒增强缸套的制造方法，包括熔融态材料的制 备、铸造和后续加工，所述增强颗粒的密度小于缸套基体材料的密度，通过离 心铸造的方式实现增强颗粒在缸套基体内向内层偏聚，致使缸套基体分为内层 的增强层和外层的非增强层。

进一步，缸套基体材料选用过共晶Al-Si系合金，增强颗粒为初晶Si与Mg₂Si 混合颗粒，增强层的增强颗粒是在熔融材料时加入Mg，铸造时凝固过程中从熔 体中自生析出的初晶Si与Mg₂Si颗粒；离心铸造过程中，转速为600—3000rpm， 模具预热温度为130—400℃。