[发明专利]一种伪合金增强环槽活塞的挤压铸造制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞铸造方法，尤其涉及一种应用于发动机工况较恶劣的高强化柴油机领域使用的伪合金增强环槽活塞的制造方法。

背景技术

目前，我国汽车发动机活塞普遍采用ZL108、ZL109铸造铝合金，材料力学性能为抗拉强度（Rm）220MPa～240MPa、伸长率（A）0.5%～1.0%，高温（300℃）抗拉强度60MPa～80MPa。高强化柴油机都在向大功率、高负荷发展，而铝活塞作为内燃机的重要往复运动部件，其性能直接影响高强化柴油机的性能和可靠性。铝活塞在厚大部位通常设有冷却油腔对活塞进行冷却，在活塞的第一环槽部位采用镶铸高镍铸铁耐磨镶圈，以提高第一环槽部位的耐磨性。高强化发动机用整体活塞对铸造质量要求非常高，不允许出现任何铸造缺陷。采用常规的金属型重力铸造和砂型铸造铝活塞，很容易产生气孔、缩松、裂纹、夹渣等铸造缺陷，微观组织密度差，力学性能不能满足使用要求，不仅如此，常规铸造方法，生产效率低、劳动强度大。

国内外现有的柴油机用活塞通常在第一环槽部位采用高镍铸铁镶圈增强，厚大部位通常设有冷却油腔对活塞进行冷却，采用重力铸造工艺成型，活塞存在重量重、高镍铸铁镶环与铝基体结合强度低等缺陷，从而导致活塞使用寿命短、使用可靠性差。

我所在“十一五“高强化柴油机活塞的研究过程中发现：采用重力铸造工艺制备的第一环槽镶铸高镍铸铁镶圈的铝合金活塞，在液压循环疲劳仿真考核试验时出现高镍铸铁镶圈脱开的现象。高强化发动机的转速和最高燃烧压力的大幅度提高，使得活塞第一环槽部位所受的机械载荷急剧增加，采用Al-Fin法镶铸的高镍铸铁镶圈与铝基体之间20-40MPa的结合强度已经不能满足使用要求，提高镶圈结合强度是活塞能否满足使用要求的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种提供镶圈与基体结合强度高且重量轻、耐磨性能好的伪合金增强环槽活塞的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种伪合金增强环槽活塞的挤压铸造制造方法，其特征在于包括如下制备工艺步骤：

①配制活塞用铝合金，该合金组分及质量百分数为：

Si         11.0%~13.0%；

Mg         0.6%~1.2%；

Cu         2.6%~4.0%；

Ni         1.8%~2.8%；

Ti         0.1%~0.2%；

Fe         0.1%~0.3%；

Mn         0.01%~0.2%；

Zn         0.01%~0.2%；

Cr、Pb、Ca和Sn杂质元素总量不超过0.5%，其余为Al；

②配置伪合金成分，伪合金粉末颗粒的组分及质量百分数为：

Cr     15%~30%；

Ni     11%~18%；

Si     1%~5%；

Mn     1%~2%

C、O、S和P杂质元素总量不超过1.0%，其余为Fe；

③制作伪合金预制件，将配置伪合金粉末颗粒混杂均匀后，经过模具压制、烧结，形成伪合金镶圈预制件。

④熔炼处理，将配制的活塞用铝合金，放入熔化炉中进行熔化，熔化后对合金液进行精炼、变质、细化、精炼处理；

将铝液温度控制为720℃~740℃，采用精炼剂进行精炼处理，

将铝液温度控制为780℃~800℃，采用变质剂处理进行变质处理，

将铝液温度控制为740℃~760℃，采用细化剂处理，

将铝液温度控制为730℃~740℃，采用精炼剂处理，静止15~30分钟后，

并将铝液温度控制为720℃~730℃，待浇注；

⑤伪合金预制件预热，将已制备的伪合金镶圈预制件放入250℃～300℃温度的电热炉中进行预热，预热时间为1～2h；

⑥模具预热，挤压铸造前对模具的冲头、内模、芯头预热到200℃～250℃；

⑦挤压铸造，将预热好的伪合金镶圈预制件固定在模具的内模上，往模具型腔中浇入已处理好的铝合金液，铝合金液浇注温度为720℃～730℃，合上模具冲头，进行加压，加压压强90MPa～110MPa，铝合金液渗透到伪合金镶圈预制件的孔隙中，待铝合金液完全凝固后，形成伪合金镶圈复合材料，卸压，顶出芯头，取出伪合金镶圈增强环槽复合材料活塞毛坯，并在30s内放入60℃～80℃水中进行淬火处理；