[发明专利]一种内燃机铝活塞燃烧室面等离子束强化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于等离子束加工领域，涉及一种内燃机铝活塞燃烧室面等离子束强化处理方法。

背景技术

随着内燃机功率的提高，内燃机铝合金活塞的工作条件愈加严酷，高的机械负荷和热负荷常常导致活塞顶面烧损和燃烧室喉口边缘热裂等故障。

目前内燃机铝活塞一般采用铸造方式生产，由于凝固过程中冷却速度较慢，活塞组织中存在较大的块状初晶硅组织和呈杆状分布的共晶硅组织。在活塞承受交变热机载荷过程中，由于硅和铝的热膨胀系数相差8倍左右，在活塞组织中α-Al相、粗大的初晶硅相和杆状共晶硅相之间将产生热膨胀量的差异。当活塞受热膨胀时，在铝硅相界面处产生垂直于界面的拉应力，反之则产生压应力。在交变应力的作用下，塑性变形首先在铝硅相界面处出现，一旦塑性变形累积达到临界值，就会在铝硅相界面处萌生微观裂纹。随着微观裂纹不断扩展，最终导致活塞燃烧室面热疲劳失效。

中国专利CN 102268670A公开了“一种内燃机铝合金活塞燃烧室喉口的强化处理方法”采用钨极氩弧焊方法对活塞燃烧室喉口处进行重熔处理，重熔层中初晶硅相和金属间相的尺寸细化为基体未重熔部分颗粒尺寸的1/4~1/10，重熔层的硬度相比基体未重熔区域提高约50%，活塞重熔后的热机疲劳强度提高2~5倍。

等离子束是一种高温、高电离度和高能量密度的能量束，目前被广泛用于焊接、切割等领域。采用等离子束对金属表面进行重熔与钨极氩弧重熔相比，具有表面加热速度快，熔池凝固速度快，熔池中组织更细小，重熔过程能量利用效率和工作效率高等优点。

发明内容

本发明的目的是为了减缓铝合金活塞中铝硅相界面处微观裂纹的萌生及扩散从而提高铝合金活塞的热疲劳寿命及克服中国专利102268670A中利用钨极氩弧重熔强化活塞燃烧室喉口存在的重熔后凝固速度慢、重熔过程能量利用率和工作效率低以及只强化燃烧室喉口区域的问题，而提出的一种利用等离子束对对内燃机铝合金活塞燃烧室面进行重熔强化处理方法。

本发明的目的可通过下述技术方案来实现：

一种内燃机铝活塞燃烧室面等离子束强化处理方法，其特征在于按以下步骤进行：

 （1）预处理：对粗加工完成的活塞毛坯进行清洁预处理，然后在100°C~200°C下保温处理0.5~1小时，除去活塞表面的水分；（2）等离子束重熔处理：采用等离子束对活塞燃烧室面进行重熔处理，如图1所示，等离子束的束斑直径为3mm~6mm，等离子束与活塞燃烧面的距离保持在1mm~6mm，处理时将等离子束对准活塞燃烧面，等离子束枪头根据程序设定的扫描轨迹可对活塞燃烧室面任意需要强化的位置进行重熔强化处理，处理过程中活塞一直保持旋转，转速控制在0.5rpm~2rpm，等离子束的功率控制在2Kw~5Kw，电离气体流量3L/min-10L/min，保护气体流量3L/min-10L/min以获得所需的重熔层深度，重熔后在空气中自然冷却；（3）重熔后精加工：将重熔处理的活塞进行精加工获得成品，重熔层的深度为3mm-8mm。重熔层的初晶硅相和金属间相的颗粒尺寸为基体未重熔部位的颗粒尺寸的1/4-1/10。

有益效果：通过等离子束重熔强化处理，使铝合金活塞燃烧室表层组织晶粒细化，重熔层中初晶硅相和金属间化合物相的颗粒尺寸细化为基体未重熔部位的颗粒尺寸的1/4-1/10，从而减缓重熔层中铝硅相界面处微观裂纹的萌生及扩散，最终提高活塞燃烧室的热疲劳性能，提要约3~8倍，大大提高活塞的使用寿命。

附图说明

图1是活塞燃烧室等离子束重熔处理过程示意图。

图2是活塞燃烧室面重熔后的俯视结构示意图。

图3是活塞燃烧室喉口区域重熔后的俯视结构示意图。

图中所示：1、等离子束枪头，2、等离子束，3、活塞本体，4、等离子束枪头移动扫描轨迹，5、活塞燃烧室面，6、活塞燃烧室喉口区域。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述：