一種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法，技術(shù)要點(diǎn)是：利用等離子束對(duì)經(jīng)過(guò)粗加工的活塞毛坯的燃燒室面需要處理的位置進(jìn)行重熔強(qiáng)化處理，重熔后在空氣中自然冷卻；將重熔強(qiáng)化處理后的活塞進(jìn)行精加工獲得成品，重熔層的深度為3mm-8mm，重熔層的初晶硅相和金屬間相的顆粒尺寸為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10。本發(fā)明可延緩鋁合金活塞燃燒室面表層組織中鋁硅相界面處的微觀裂紋的萌生和擴(kuò)散，從而提高活塞燃燒面的熱疲勞性能，提要約3~8倍，大大提高活塞的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于等離子束加工領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著內(nèi)燃機(jī)功率的提高，內(nèi)燃機(jī)鋁合金活塞的工作條件愈加嚴(yán)酷，高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷常常導(dǎo)致活塞頂面燒損和燃燒室喉口邊緣熱裂等故障。
[0003]目前內(nèi)燃機(jī)鋁活塞一般采用鑄造方式生產(chǎn)，由于凝固過(guò)程中冷卻速度較慢，活塞組織中存在較大的塊狀初晶硅組織和呈桿狀分布的共晶硅組織。在活塞承受交變熱機(jī)載荷過(guò)程中，由于硅和鋁的熱膨脹系數(shù)相差8倍左右，在活塞組織中α -Al相、粗大的初晶硅相和桿狀共晶硅相之間將產(chǎn)生熱膨脹量的差異。當(dāng)活塞受熱膨脹時(shí)，在鋁硅相界面處產(chǎn)生垂直于界面的拉應(yīng)力，反之則產(chǎn)生壓應(yīng)力。在交變應(yīng)力的作用下，塑性變形首先在鋁硅相界面處出現(xiàn)，一旦塑性變形累積達(dá)到臨界值，就會(huì)在鋁硅相界面處萌生微觀裂紋。隨著微觀裂紋不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致活塞燃燒室面熱疲勞失效。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利CN 102268670Α公開(kāi)了 “一種內(nèi)燃機(jī)鋁合金活塞燃燒室喉口的強(qiáng)化處理方法”采用鎢極氬弧焊方法對(duì)活塞燃燒室喉口處進(jìn)行重熔處理，重熔層中初晶硅相和金屬間相的尺寸細(xì)化為基體未重熔部分顆粒尺寸的1/Γ1/10，重熔層的硬度相比基體未重熔區(qū)域提高約50%，活塞重熔后的熱機(jī)疲勞強(qiáng)度提高2飛倍。
[0005]等離子束是一種高溫、高電離度和高能量密度的能量束，目前被廣泛用于焊接、切割等領(lǐng)域。采用等離子束對(duì)金屬表面進(jìn)行重熔與鎢極氬弧重熔相比，具有表面加熱速度快，熔池凝固速度快，熔池中組織更細(xì)小，重熔過(guò)程能量利用效率和工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了減緩鋁合金活塞中鋁硅相界面處微觀裂紋的萌生及擴(kuò)散從而提高鋁合金活塞的熱疲勞壽命及克服中國(guó)專(zhuān)利102268670Α中利用鎢極氬弧重熔強(qiáng)化活塞燃燒室喉口存在的重熔后凝固速度慢、重熔過(guò)程能量利用率和工作效率低以及只強(qiáng)化燃燒室喉口區(qū)域的問(wèn)題，而提出的一種利用等離子束對(duì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)鋁合金活塞燃燒室面進(jìn)行重熔強(qiáng)化處理方法。
[0007]本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行:
(I)預(yù)處理:對(duì)粗加工完成的活塞毛坯進(jìn)行清潔預(yù)處理，然后在100° C^200o C下保溫處理0.5^1小時(shí)，除去活塞表面的水分；(2)等離子束重熔處理:采用等離子束對(duì)活塞燃燒室面進(jìn)行重熔處理，如圖1所示，等離子束的束斑直徑為3mnT6mm，等離子束與活塞燃燒面的距離保持在lmnTemm，處理時(shí)將等離子束對(duì)準(zhǔn)活塞燃燒面，等離子束槍頭根據(jù)程序設(shè)定的掃描軌跡可對(duì)活塞燃燒室面任意需要強(qiáng)化的位置進(jìn)行重熔強(qiáng)化處理，處理過(guò)程中活塞一直保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制在0.5rpnT2rpm，等離子束的功率控制在2fcT5Kw，電離氣體流量3L/min-10L/min，保護(hù)氣體流量3L/min_10L/min以獲得所需的重熔層深度，重熔后在空氣中自然冷卻；(3)重熔后精加工:將重熔處理的活塞進(jìn)行精加工獲得成品，重熔層的深度為3mm-8mm。重熔層的初晶硅相和金屬間相的顆粒尺寸為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10。
[0008]有益效果:通過(guò)等離子束重熔強(qiáng)化處理，使鋁合金活塞燃燒室表層組織晶粒細(xì)化，重熔層中初晶硅相和金屬間化合物相的顆粒尺寸細(xì)化為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10，從而減緩重熔層中鋁硅相界面處微觀裂紋的萌生及擴(kuò)散，最終提高活塞燃燒室的熱疲勞性能，提要約31倍，大大提高活塞的使用壽命。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是活塞燃燒室等離子束重熔處理過(guò)程示意圖。
[0010]圖2是活塞燃燒室面重熔后的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3是活塞燃燒室喉口區(qū)域重熔后的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中所示:1、等離子束槍頭，2、等離子束，3、活塞本體，4、等離子束槍頭移動(dòng)掃描軌跡，5、活塞燃燒室面，6、活塞燃燒室喉口區(qū)域。

【具體實(shí)施方式】
[0013]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
實(shí)例1:一種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法，具體步驟為:(1)預(yù)處理:對(duì)粗加工完成的活塞毛坯進(jìn)行清潔預(yù)處理，然后在150° C下保溫處理0.5小時(shí)，除去活塞表面的水分；(2)等離子束重熔處理:采用等離子束對(duì)活塞燃燒室面進(jìn)行重熔處理，處理位置如圖2所示，等離子束的束斑直徑為4mm，等離子束與活塞燃燒面的距離保持在4mm，處理時(shí)將等離子束對(duì)準(zhǔn)活塞燃燒面，等離子束槍頭根據(jù)程序設(shè)定的掃描軌跡對(duì)活塞燃燒室面所有位置進(jìn)行重熔強(qiáng)化處理，處理過(guò)程中活塞一直保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制在lrpm，等離子束的功率控制在3Kw，電離氣體流量6L/min，保護(hù)氣體流量6L/min以獲得所需的重熔層深度，重熔后在空氣中自然冷卻；(3)重熔后精加工:將重熔處理的活塞進(jìn)行精加工獲得成品，重熔層的深度為5mm，重熔層的初晶硅相和金屬間相的顆粒尺寸為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10。
[0014]實(shí)例2:—種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法，具體步驟為:(1)預(yù)處理:對(duì)粗加工完成的活塞毛坯進(jìn)行清潔預(yù)處理，然后在150° C下保溫處理0.5小時(shí)，除去活塞表面的水分；(2等離子束重熔處理:采用等離子束對(duì)活塞燃燒室喉口區(qū)域進(jìn)行重熔處理，處理位置如圖3所示，處理時(shí)將等離子束槍頭保持不動(dòng)，等離子束對(duì)準(zhǔn)活塞燃燒室喉口區(qū)域，等離子束的束斑直徑為4mm，等離子束與活塞燃燒室喉口區(qū)域的距離保持在3mm，處理過(guò)程中活塞一直保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制在0.5rpm，等離子束的功率控制在4.5Kw,電離氣體流量6L/min，保護(hù)氣體流量6L/min以獲得所需的重熔層深度，重熔后在空氣中自然冷卻；(3)重熔后精加工:將重熔處理的活塞進(jìn)行精加工獲得成品，重熔層的深度為5mm，重熔層的初晶硅相和金屬間相的顆粒尺寸為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)鋁活塞燃燒室面等離子束強(qiáng)化處理方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)預(yù)處理:對(duì)粗加工完成的活塞毛坯進(jìn)行清潔預(yù)處理，然后在100°(T200° C下保溫處理0.5^1小時(shí)，除去活塞表面的水分； (2)等離子束重熔處理:采用等離子束對(duì)活塞燃燒室面進(jìn)行重熔處理，如圖1所示，等離子束的束斑直徑為3mnT6mm，等離子束與活塞燃燒面的距離保持在lmnT6mm，處理時(shí)將等離子束對(duì)準(zhǔn)活塞燃燒面，等離子束槍頭根據(jù)程序設(shè)定的掃描軌跡可對(duì)活塞燃燒室面任意需要強(qiáng)化的位置進(jìn)行重熔強(qiáng)化處理，處理過(guò)程中活塞一直保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制在.0.5rpnT2rpm,等離子束的功率控制在2Kw?5Kw,電離氣體流量3L/min-10L/min,保護(hù)氣體流量3L/min-10L/min以獲得所需的重熔層深度，重熔后在空氣中自然冷卻； (3)重熔后精加工:將重熔處理的活塞進(jìn)行精加工獲得成品，重熔層的深度為3mm-8mm，重熔層的初晶硅相和金屬間相的顆粒尺寸為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK104419883SQ201310405519
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】胡為峰, 黃齊文, 潘璋 申請(qǐng)人:北京賽億科技股份有限公司