[发明专利]一种铝活塞燃烧室的二次浇注材料及制造方法

说明书

本发明公开了一种铝活塞燃烧室的二次浇注材料及制造方法，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，燃烧室区域由于耐热金属元素的富集，结合燃烧室部位的快速冷却，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的提升。二次浇注材料，由以下组分组成：镍3‑15％，铜4‑15％，铁0.4‑6％，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，具体涉及铝活塞的二次浇注材料及制造方法。具体是在铸造过程中采用二次浇注的方法改变其燃烧室部位的成分，提高该部位耐热元素含量，并调整优化了其他元素的含量，以达到燃烧室部位增强的目的。

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、高负荷的方向发展，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抗热疲劳性能，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。活塞燃烧室喉口重熔技术成本较高。大部分厂家为便于大批量生产以及提高性能在材料成分中加大了镍、铜等元素在合金中的含量，但是由于活塞是整体的，镍、铜等元素的提高，恶化了材料的铸造性能，对于活塞成型极为不利，也不利于活塞铸造过程中的补缩，同时镍、铜等元素的提高，对于活塞的常温性能没有提高，甚至有一定程度的下降，因此如何平衡活塞各个部位的要求，尤其重要。

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，尚缺乏简单有效低成本的解决方案。

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的二次浇注材料，由以下组分组成：镍3-15％，铜4-15％，铁0.4-6％，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。

该二次浇注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。而燃烧室区域由于耐热金属元素的富集，结合燃烧室部位的快速冷却，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，所述二次浇注材料，由以下组分组成：镍3.5-14％，铜4-14％，铁0.4-5％，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。

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了上述二次浇注材料在二次浇注铝活塞燃烧室中的应用。

当采用该二次浇注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二次浇注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；

2)自模具的冒口中浇入设定质量的上述二次浇注材料，二次浇注材料的温度为790-950℃，制得铝活塞毛坯；