[发明专利]一种活塞燃烧室二次浇注增强材料及制造方法

说明书

本发明公开了一种活塞燃烧室二次浇注增强材料及制造方法，其要解决现有技术中对于活塞燃烧室部位的抗热疲劳性能较差的问题，在铸造过程中采用二次浇注的方法改变其燃烧室部位成分，在后续加工中采用20‑500KHz高频焊重熔再结晶方式使燃烧室部位粗大的铜、镍、铁等合金相充分细化，以达到喉口增强的目的。增强材料，由以下组分组成：镍3‑40％，铜4‑25％，铁0.4‑20％，硅5‑15％，镁0‑0.8％，钛0.05‑5％，硼0.0002‑2.5％，锰0‑0.5％，锆0‑0.2％，钒0.1‑0.2％，钪0‑0.5％，余量为铝和不可避免的杂质，其中的％为质量百分数。

技术领域

本发明属于活塞制造领域，具体涉及一种活塞燃烧室二次浇注增强材料及制造方法。

技术背景

目前随排放要求越来越严格，商用车发动机都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高。对活塞性能，尤其是活塞燃烧室部位的疲劳强度提出更高的要求。为应对此要求部分发动机活塞采用锻钢材料，但是该材料比重大难于加工，制约了其推广应用。有些发动机活塞的头部增加陶瓷复合材料以提高活塞喉口的热疲劳性能，但采用陶瓷复合材料成本较高，质量难于控制，不适合大批量推广应用。因此活塞燃烧室喉口重熔技术应运而生，现有喉口常见的重熔技术有TIG、ATIG以及激光焊，此种技术是在基体合金的基础上，对基体合金进行熔化后再结晶强化。但由于基体合金受铸造成型方式限制，其冷却速度较低，导致合金相较大，因此限制了耐热相如镍、铜、铁的含量，重熔后合金的耐热能力较低无法满足高强化发动机的需求。近期发展了一种重熔技术，它是采用填丝、喷粉合金化强化喉口及底部的技术，此种技术活塞喉口及底部采用熔融的金属粉或焊丝熔入到重熔后的铝液中，但此种方式工艺复杂，填丝或喷粉扰乱了保护气，强化区域易于产生气孔。而如果采用涂粉的方式，也会带来气孔问题，同时涂粉工艺过于复杂，不利于批量生产。

综上所述，现有技术中对于活塞燃烧室部位的抗热疲劳性能较差的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种铝活塞燃烧室二次浇注增强材料，由以下组分组成：镍3-40％，铜4-25％，铁0.4-20％，硅5-15％，镁0-0.8％，钛0.05-5％，硼0.0002-2.5％，锰0-0.5％，锆0-0.2％，钒0.1-0.2％，钪0-0.5％，余量为铝和不可避免的杂质，其中的％为质量百分数。

该增强材料是在正常浇注铝活塞材料的基础上进行的燃烧室二次浇注材料，材料中含有较高的镍、铜、铁等成分，通过二次浇注，将高含量的耐热金属元素合金浇入到活塞燃烧室区域，形成在燃烧室区域耐热金属元素的富集，并向活塞其他部位形成过渡层，过渡层的成分是渐变的，因此过渡层金相较为细小，强度与基体区相差不大，能满足活塞对性能的需求。燃烧室区域耐热金属元素的富集，通过采用20-500KHz高频焊重熔再结晶方式使燃烧室部位粗大的铜、镍、铁等合金相充分细化，耐热金属合金相细小而充分弥散，从而使燃烧室区域铝合金的耐热性能成倍提升。

进一步的，所述增强材料，由以下组分组成：镍3.5-35％，铜4-25％，铁0.4-20％，硅5-15％，，钛0.05-5％，硼0.0002-2.5％，锰0-0.5％，锆0-0.2％，钒0.1-0.2％，钪0-0.5％，余量为铝和不可避免的杂质，其中的％为质量百分数。

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了上述增强材料在二次浇注铝活塞燃烧室中的应用。

当采用该增强材料在浇注正常铝活塞材料的基础上，进行二次浇注，可以显著提高铝活塞燃烧室的耐热性能。而燃烧室部位以外的区域，由于是常规组分的铝合金，所以保证了铝活塞的铸造性能和低温性能，能较好地满足活塞的使用要求。

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明还提供了利用上述增强材料制造铝活塞的方法，包括如下步骤：

1)自模具的浇口位置浇入设定质量正常成分的铝液；