專利名稱：鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋁合金活塞的熱處理工藝，特別是對鋁合金活塞進行噴霧淬火處理， 以提高活塞機械性能的熱處理方法及其裝置。
背景技術：
鋁合金材料活塞過飽和固溶處理即鋁合金活塞的淬火冷卻是技術難度較大的一 個環節；過飽和固溶處理——淬火，直接關系鋁合金材料最終的性能。淬火時過飽和固溶處 理效果好，過飽和固溶度高就能夠充分保證活塞達到高的性能，發揮活塞的最大能動。根據 目前鋁合金材料活塞熱處理狀況，淬火過飽和固溶處理冷卻介質的選用要求保證鋁合金 材料活塞淬火冷卻后獲得高的過飽和固溶度，確保時效后能夠獲得均勻的表面硬度和符合 要求的性能；活塞淬火冷卻不會出現淬火裂紋和嚴重的變形，活塞質量提高到更高的性能 檔次。鋁合金活塞熱處理現狀鋁合金活塞的熱處理通常是淬火(過飽和固溶處理)+人工時效處理。淬火的方 法有鑄造余熱淬火和鑄造完成后重新加熱淬火。淬火處理冷卻方式一般有以下幾種方式 整體浸水冷卻、局部浸水冷卻、風扇強風冷卻、空氣中自然冷卻。鋁合金淬火固溶處理使用水作為淬火冷卻介質要求水溫控制在60°C 100°C范 圍。鋁合金材料產品的過飽和固溶處理的溫度則在540°C以下溫度，在該溫度以下進行淬火 處理是水冷卻速度最快階段。當采用熱水進行冷卻淬火時，冷卻速度雖然減緩，但是水溫小 的波動將改變水的冷卻速度。水溫越高，冷卻速度越慢。采用水作為冷卻介質則分布在冷 卻速度最快的階段對鋁合金材料的淬火冷卻處理不利。水進行淬火處理在活塞上將殘留水 的漬印，要保證活塞的表面光潔必須進行表面的清理。采用機油作為鋁合金材料淬火冷卻介質，則最快冷卻速度在高溫階段對鋁合金固 溶處理淬火十分有利，在低溫階段冷卻速度降低有利于減少鋁合金材料產品的變形。同時 油溫變化對冷卻速度影響極小，這樣提高了冷卻的均勻性，相應提高鋁合金材料淬火冷卻 均勻性，減少零件的變形。但是使用油作為冷卻介質增加活塞的生產成本，同時造成環境的 污染。采用強風冷卻，冷卻速度較慢，不能夠保證滿足鋁合金零件的過飽和固溶處理，尤 其當零件有效厚度較大時強風冷卻保證過飽和度的情況更差。在空氣中自然冷卻，則不能保證鋁合金活塞淬火處理的過飽和度，不能保證活塞 的性能達到要求。

發明內容
本發明的目的是針對現有鋁合金熱處理工藝的不足之處而提供一種鋁合金活塞 噴霧淬火熱處理工藝，以提高活塞的機械性能，同時，獲得用戶要求或工藝所要求的表面光 亮零件。
本發明的目的是這樣是實現的一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法，按以 下步驟進行a)、將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行澆注；b)、從活塞模具上取下活塞毛坯件，將活塞毛坯件放置在冷卻淬火臺上，通過位于 冷卻淬火臺下方的噴霧裝置所產生的由水、氣形成的霧狀氣體將溫度420°C 545°C的活 塞毛坯件進行淬火冷卻熱處理通過調整壓縮空氣的壓力和流量，或者調整進水壓力和進 水量，從而滿足噴霧冷卻的冷卻速度；在活塞內腔要求光潔情況下，對活塞頭部或裙部進行 噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內腔進行噴霧冷卻；噴霧裝置結構為壓縮空氣進氣氣嘴旋接在三通尾部，與噴嘴在同一軸線上；進 水嘴旋接在三通側面，呈一定角度，與氣嘴相連通；氣嘴、三通、噴嘴相互之間形成一定間隙 的負壓形成區；進水嘴靠三通方向有調解進水量水孔；c)、b步噴霧冷卻的活塞毛坯件的溫度達到室溫后，再進行人工時效熱處理將活 塞毛坯件加溫至170°C 士5°C，恒溫3小時，再加溫至250°C 士5°C，恒溫2小時；d)、c步活塞毛坯件經人工時效熱處理后，在空氣中自然冷卻降至室溫，再經24小 時完成自然時效熱處理。本發明的另一目的是提供一種采用上述工藝方法的熱處理裝置，以便通過由水、 氣形成的霧狀氣體進行淬火冷卻熱處理。本發明的另一目的是這樣實現的一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法采用 的噴霧裝置，其結構為冷卻淬火臺下方設置有噴霧裝置，其結構為壓縮空氣進氣氣嘴旋 接在三通尾部，與噴頭在同一軸線上；進水嘴旋接在三通側面，呈一定角度，與氣嘴相連通； 氣嘴、三通、噴嘴相互之間構成具有一定間隙的負壓形成區。上述進水嘴靠近三通方向有調解進水量小孔。與現有技術相比，本發明的有益效果是1、活塞機械性能得到提高i>鋁合金活塞工藝圖紙性能要求硬度HB100 130，同一只活塞硬度差不大于 10個HBS，同一爐活塞硬度差不大于30個HBS ；抗拉強度σ b彡196MPa, σ 69MPa ；體 積穩定性δ ^ 0. 03% D0ii>噴霧淬火+人工時效活塞性能指標如下硬度HB104 113 ；抗拉強度σ b =241. 30MPa, σ ■= 110. 3IMPa ；線膨脹系數α 室溫_2(10 = 19. 89X10_6/°C，α 室溫_300 = 21. 48 X 10-6/oC ；體積穩定性δ < 0. 011% D。提高保證活塞某些性能采用調整活塞人工 時效時間的辦法達能夠滿足活塞特殊性能的要求。2、噴霧淬火便于調整冷卻速度，即可方便地調整壓縮空氣的壓力和/或流量，或 者，調整水面壓力和/或流量，從而方便地調整冷卻速度，使熱處理能方便地根據預定的冷 卻曲線進行。3、鋁合金活塞表面光潔、無污漬能獲得根據用戶要求或根據工藝要求的表面光亮零件。本發明的特點是將結合具體實施方式
加以進一步闡述。


圖1是本發明噴霧(淬火冷卻)裝置結構圖；圖2是本發明活塞噴霧淬火人工時效熱處理工藝曲線圖。
具體實施例方式圖2示出，一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法，按以下步驟進行a)、將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行澆注；b)、從活塞模具取下活塞毛坯件，將活塞毛坯件放置在冷卻淬火臺上，通過位于冷 卻淬火臺下方的噴霧裝置所產生的由水、氣形成的霧狀氣體將溫度420°C 545°C下的活 塞毛坯件進行淬火冷卻熱處理通過調整壓縮空氣的壓力和流量，或者調整進水壓力和進 水量，從而滿足噴霧冷卻的冷卻速度；在活塞內腔要求光潔情況下，對活塞頭部或裙部進行 噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內腔進行噴霧冷卻；c)、b步噴霧冷卻的活塞毛坯件的溫度達到室溫后，再進行人工時效熱處理將活 塞毛坯件加溫至170°C 士5°C，恒溫3小時，再加溫至250°C 士5°C，恒溫2小時；d)、c步活塞毛坯件經人工時效熱處理后，在空氣中自然冷卻降至室溫，再經24小 時完成自然時效熱處理。(參見圖2)。鋁合金在熱處理淬火冷卻過程，由于鋁合金自身的特點，在熱處理冷卻過程具有 以下特點1)鋁合金活塞固溶處理溫度低，淬火溫度一般在420 545°C溫度范圍；溫度 過高(尤其是鑄造鋁合金)容易出現過燒現象，溫度過低合金鋁合金溶質元素析出不能夠 保證過飽和度；2)鋁合金活塞冷卻過程傳熱速度快，鋁的導熱系數高0. 53X418. 68/ff. (m. ΚΓ1，傳熱速度快，淬火冷卻過程心部熱量很快就能夠傳遞出來；鋁合金材料熱傳導快，因此 鋁合金材料產品淬火冷卻時降溫速度快才能保證材料的固溶強化效果，保證時效后鋁合金 的綜合性能。3)鋁合金活塞結構形狀復雜，各部位壁厚差較大，采用鑄造余熱淬火活塞各 部位溫度差更大；4)鋁合金熱容大0.215X4. 1868X IO3/J. (kg. K)—1，密度低2. 6984/g. cm3, 與鐵合金比較同等重量的鋁合金需要的冷卻介質量增加；5)鋁合金加熱后進行隨后的淬 火冷卻過程轉移速度要快，避免過飽和固溶體早期發生分解，影響強化效果和合金性能；6) 鋁合金材料熱處理過程沒有組織的轉變，因此在固溶處理過程的冷卻就必須保證鋁合金材 料達到盡量大的過飽和固溶度，才能確保鋁合金材料最終性能；7)對于一些表面要求較高 的鋁合金零件，熱處理后表面不能存在任何污漬。鋁合金噴霧冷卻過飽和固溶處理是一種新的淬火冷卻方式。噴霧淬火冷卻是采用 水、氣形成霧狀氣體作為固溶處理的冷卻介質，能夠很好的解決鋁合金零件的淬火。噴霧淬 火冷卻，通過調整噴霧壓縮空氣的量或調整形成霧狀水的量都能夠很好的解決噴霧的冷卻 速度。增加壓縮空氣的氣體流量和壓力能夠增加噴霧冷卻的冷卻速度，增大噴霧冷卻水的 流量也將增大噴霧冷卻的冷卻速度。同時噴霧冷卻可針對某一部分進行噴霧冷卻，能夠保 證要求光亮部分不被污染，從而獲得要求的表面光亮零件。例如活塞要求內腔光潔，則可 對頭部或裙部進行噴霧冷卻；要求裙部外表光潔，則可噴冷內腔；這樣既保證零件要求光 亮潔凈部分能夠獲得要求的表面，而且保證零件獲得要求的綜合性能。參見圖1，一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法采用的噴霧裝置，其結構為 冷卻淬火臺5下方設置有噴霧裝置，其結構為壓縮空氣進氣氣嘴2旋接在三通3尾部，與噴頭1在同一軸線上；進水嘴4旋接在三通3側面，呈一定角度，與氣嘴相連通；氣嘴2、三 通3、噴嘴1相互之間構成具有一定間隙的負壓形成區。進水嘴4靠近三通方向有調解進水 量小孔。 冷卻淬火臺5下方設置有水槽6，進水管(其上安裝進水嘴)下端伸入水槽6底 部。
權利要求
一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法，其特征是按以下步驟進行a)、將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行澆注；b)、從活塞模具上取下活塞毛坯件，將活塞毛坯件放置在冷卻淬火臺上，通過位于冷卻淬火臺下方的噴霧裝置所產生的由水、氣形成的霧狀氣體將溫度420℃～545℃的活塞毛坯件進行淬火冷卻熱處理通過調整壓縮空氣的壓力和流量，或者調整進水壓力和進水量，從而滿足噴霧冷卻的冷卻速度；在活塞內腔要求光潔情況下，對活塞頭部或裙部進行噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內腔進行噴霧冷卻；上述噴霧裝置結構為壓縮空氣進氣氣嘴(2)旋接在三通(3)尾部，與噴嘴(1)在同一軸線上；進水嘴(4)旋接在三通(3)側面，呈一定角度，與氣嘴相連通；氣嘴(2)、三通(3)、噴嘴(1)相互之間形成一定間隙的負壓形成區；進水嘴(4)靠三通方向有調解進水量水孔；c)、b步噴霧冷卻的活塞毛坯件的溫度達到室溫后，再進行人工時效熱處理將活塞毛坯件加溫至170℃±5℃，恒溫3小時，再加溫至250℃±5℃，恒溫2小時；d)、c步活塞毛坯件經人工時效熱處理后，在空氣中自然冷卻降至室溫，再經24小時完成自然時效熱處理。
2.一種如權利要求1所述的鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法采用的噴霧裝置，其 特征是所述冷卻淬火臺(5)下方設置有噴霧裝置，其結構為壓縮空氣進氣氣嘴(2)旋接 在三通(3)尾部，與噴頭(1)在同一軸線上；進水嘴(4)旋接在三通(3)側面，呈一定角度， 與氣嘴相連通；氣嘴(2)、三通(3)、噴嘴(1)相互之間構成具有一定間隙的負壓形成區。
3.根據權利要求2所述鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法采用的噴霧裝置，其特征 是所述進水嘴(4)靠近三通方向有調解進水量小孔。
全文摘要
一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法及其裝置，工藝方法步驟如下將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行達到澆注；從活塞模具上取下活塞毛坯并放置在冷卻淬火臺上，通過噴霧裝置噴射出的由水、氣形成的霧狀氣體將溫度為420℃～545℃的活塞毛坯進行淬火冷卻熱處理在活塞內腔要求光潔情況下，對活塞頭部或裙部進行噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內腔進行噴霧冷卻；噴霧冷卻后的活塞毛坯件的溫度達到室溫后，再進行人工時效熱處理；最后，在空氣中自然冷卻降至室溫，并完成24小時自然時效熱處理。本發明可提高活塞的機械性能，同時可獲得工藝要求的表面光亮零件。
文檔編號C22F1/04GK101880843SQ20101022371
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月12日 優先權日2010年7月12日
發明者夏小兵, 楊慶年, 陳永勇, 馬雷 申請人:成都銀河動力股份有限公司