[发明专利]一种用于铝活塞喉口部位的重熔强化制备方法

说明书

本发明涉及一种用于铝活塞喉口部位的重熔强化制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：喉口部位依次经过机械初加工‑清洗‑烘干‑重熔‑缓冷后获得喉口部位重熔强化活塞，采用该方法所制备的喉口重熔区与活塞铝基体(重熔前)相比，晶粒、共晶硅和初晶硅明显细化，可有效防止活塞喉口在高温高压下工作过程中疲劳裂纹的形成，制备方法简便，制造成本低。

技术领域

本发明涉及一种表面重熔强化制备方法，具体涉及一种用于铝活塞喉口部位的重熔强化制备方法。

背景技术

高功率密度柴油机活塞在高温高压下工作，活塞顶最高温度会超过380℃。活塞顶部在燃气的持久高温作用下，燃烧室喉口被视为热传导的狭路，局部温度将会达到 420℃，此处铝合金活塞的热疲劳强度已达到极限。由此导致散热困难及较高的持续热负荷和交变热负荷，尤其是在发动机的排气口一侧会形成裂纹，活塞喉口典型的热裂纹严重影响发动机的可靠性和使用寿命。这种损坏的主要原因是热机疲劳(TMF)和作用在活塞销方向上的高频率交变载荷(高周疲劳，HCF)，当活塞喉口边缘温度达到材料高温强度的极限范围，由燃烧压力引起的热应力会导致塑性变形及喉口出现裂纹，表面粗糙和结构不均匀的部位特别易受此过程影响。

高能束表面重熔强化是利用高能量密度电子束流、脉冲激光束流、等离子束流(104～106W/cm2)，使活塞顶燃烧室边缘表面快速熔化，然后通过基体自身导热以极高的冷却速度从液相凝固，改变基体合金表面的显微组织和相结构。高能束表面快速熔化凝固冷却速度可达1010K/s，比传统铸造方法的冷却速度(一般为106～107K/s)高几个数量级，因而能形成更小的硅相，并形成非晶相、介稳相、高度过饱和相及极细的显微组织，极大地提高材料的疲劳强度。

如中国发明专利《燃烧室喉口重熔强化活塞制造方法》，其专利号为201410255788.0 (授权公告号CN104028984B)，公开了一种燃烧室喉口重熔强化活塞制造方法，制造步骤为：a)活塞粗加工，活塞燃烧室喉口和燃烧室底部为活塞最薄弱部位，燃烧室喉口和燃烧室底部加工余量为1-3mm；b)活塞清洗脱脂处理；c)将表面活性剂涂抹或喷涂于需要重熔的燃烧室喉口和燃烧室底部；d)活塞使用A-TIG焊接方法重熔；f)重熔后活塞加工至成品。采用上述A-TIG焊接方法重熔，可能会出现表面熔深较深，熔宽狭窄，效率低下的情况。

又如中国发明专利《一种强化发动机活塞喉口的工艺》，其专利号为201710612103.7 (申请公开号CN107695615A)，公开了一种强化发动机活塞喉口的工艺，该方法对活塞喉口进行重熔后，再进行快速冷却处理，因为重熔过程就是一个快速冷却的过程，目的就是获得超细小的组织，重熔过程处理后存在较大的内应力，活塞再进行快速冷却处理，喉口重熔部位极易开裂，而导致活塞报废。

因此，需要对铝活塞喉口部位的重熔强化方法需要作进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种重熔效率高且防止出现疲劳裂纹的用于活塞喉口部位的重熔强化制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于铝活塞喉口部位的重熔强化制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

1)将预重熔的铝活塞毛坯的喉口部位进行机械加工，并留有加工余量；

2)将机械加工后的铝活塞毛坯的喉口部位采用清洗剂进行清洗；

3)将清洗后的铝活塞毛坯进行烘干；

4)在氩气保护下，将铝活塞毛坯的喉口部位进行重熔，重熔工艺参数采用：频率 8～10Hz，峰值电流250～275A，基值电流200～210A，氩气流量6～9L/min；

5)将重熔后的铝活塞毛坯进行缓慢冷却，获得喉口重熔后的活塞毛坯；

6)对重熔后的铝活塞毛坯加工后形成喉口部位重熔强化活塞。