一種發動機活塞材料及其加工工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種發動機活塞材料及其加工工藝，其屬于汽車活塞加工【技術領域】。它解決了傳統活塞的配缸間隙較大、難以滿足新標發動機要求的不足，其各組分配比為：Si：11～13%，Cu：1～1.5%，Mg：0.8～1.5%，Ni：0.8～1.5%，Mn：0.3～0.8%，Cr：0.1～0.3%，Ti：0.05～0.2%，C：0.1～0.3%，稀土混合物：0.1～0.3%，Fe＜0.7%，Zn＜0.3%，Zr＜0.05%，Pb＜0.05%，Sn＜0.05%，Ca＜0.02%，其余為Al；通過在ZL109鋁合金基礎上添加Mn、Cr、Ti、C、稀土等微量元素，采取電磁攪拌、澆鑄及熱處理工藝進行加工即得所需材料。
【專利說明】一種發動機活塞材料及其加工工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發動機活塞材料及其加工工藝，其屬于汽車活塞加工【技術領域】。【背景技術】
[0002]傳統的ZL108、ZL109鋁基合金生產的活塞，由于膨脹系數原因，活塞與缸體需要較大的配缸間隙(柴油機發動配缸間隙為0.12~0.20mm,空壓機配缸間隙為0.08~
0.16mm,制冷壓縮機配缸間隙0.06~0.09mm,摩托車發動機配缸間隙為0.03~0.07mm),這種較大的配缸間隙，造成發動機在運行過程中，振動大、噪聲大、排放大、功率難以提高，難以滿足新標發動機的要求。

【發明內容】

[0003]本發明針對傳統活塞的配缸間隙較大、難以滿足新標發動機要求的不足，提供一種發動機活塞材料及其加工工藝。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0005]一種發動機活塞材料，由以下成分組成:Si:11~13%, Cu:1~1.5%, Mg:0.8~
1.5%, N1:0.8 ~1.5%, Mn:0.3 ~0.8%, Cr:0.1 ~0.3%, T1:0.05 ~0.2%, C:0.1 ~0.3% ；稀土混合物:0.I ~0.3%, Fe < 0.7%, Zn < 0.3%, Zr < 0.05%, Pb < 0.05%, Sn < 0.05%,Ca < 0.02%，其余為 Al。
[0006]其加工工藝包括如下步驟:
[0007]A、Cr中間合金配置
[0008]取CrlOKG，AOO鋁錠90KG，加熱820±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠；
[0009]B、Cu中間合金配置
[0010]取Cul0KG，A00鋁錠90KG，加熱840±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金
,定;
[0011]C、Ni中間合金配置
[0012]取Ni IOKG, AOO鋁錠90KG，加熱850 ± 20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠；
[0013]D、Mn中間合金配置
[0014]取Mn IOKG，AOO鋁錠90KG，加熱840±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金
,定;
[0015]E、稀土混合物合金配置
[0016]取稀土混合物10KG，A00鋁錠90KG，加熱850±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠；
[0017]F、鋁合金配置
[0018]往坩堝中加AOO鋁錠，加熱到780°C，按照比例依次加入Si中間合金、Cr中間合金、Cu中間合金、Ni中間合金、Mn中間合金、稀土混合物合金、Ti，繼續加熱到840°C，加熱6小時，開啟電磁攪拌機，攪拌I小時,并加入1%復合磷變質劑,溫度降到760 V，按照比例加入C、Mg，再次開啟電磁攪拌機，攪拌I小時，用氮氣除氣20分鐘，經化驗達到性能指標后，即得成品材料。
[0019]進一步，所述性能指標為:
[0020]硬度(HB)=HBllO ~HB140 ；
[0021 ]機械性能:常溫 20°C > 260MPa,高溫 300°C > 80MPa ；
[0022]體積穩定性％: < 0.015% ；
[0023]線膨脹系數20 ~300°C:< 241/°C X 10 ~6 ;
[0024]金相 JB/T62892005 四級。
[0025]本發明的有益效果是:采用本發明材料制成的發動機活塞，可有效減少配缸間隙(柴油機發動配缸間隙可減少為0.05~0.08mm,空壓機配缸間隙可減少為0.01~0.04mm,制冷壓縮機配缸間隙可減少為0.01~0.04mm,摩托車發動機配缸間隙可減少為0.01~
0.03mm)，可產生如下效益:
[0026]1、排放改善
[0027]由于活塞裙部與氣缸間隙小，使得內燃機氣缸的密封性增強，提高了壓縮終了的溫度(一般可提高18%)，減少了燃料進入氣缸后的著火落后期，使得參加初期燃燒反應的燃料減少，抑制了燃燒的局部高溫，因而降低了氮氧化物(NOX)的產生。由于氣缸壓力高，促使燃燒迅速，不易產生補燃，因而降低了碳氫(HC)和一氧化碳(CO)的排放。
[0028]2、油耗降低
[0029]降低機油消耗30%以上，燃油耗(柴油)5%~15%。由于燃燒完善，發動機經濟性提高，例如:一輛城市公交柴油車按節約燃油8%計算，每月6000公里行駛，僅燃油費就可每月節省500多元，如加上機油消耗、大修里程延長等。一輛柴油公交車一年營運成本可降低I萬元人民幣左右，應用到汽車空壓機上，配缸間隙可減少到0.01~0.04mm，機油消耗可減少60%以上。
[0030]3、動力、扭矩增加
[0031]由于燃燒室密封性得到了提高，動力增加7%，扭矩提高5%。
[0032]4、壽命延長
[0033]發動機使用壽命可延長2倍以上。特別是能夠使良好排放狀態得以長期保持，降低了在用車對大氣的污染。這對中國當前的內燃機的制造水平不高，就發動機使用不久就大量排污有重要的意義。
【具體實施方式】
[0034]以下對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0035]通過在ZL109鋁合金基礎上添加Mn、Cr、T1、C、稀土等微量元素，采取合適的合金熔煉(即采用電磁攪拌)、澆鑄及熱處理工藝，對重要元素組成及重要工藝參數采用正交試驗，以獲得如下最佳成分配比和熔煉工藝方案:
[0036]S1: 11 ~13%，Cu:1 ~1.5%, Mg:0.8 ~1.5%, Ni:0.8 ~1.5%, Mn:0.3 ~0.8%,Cr:0.1 ~0.3%, T1:0.05 ~0.2%, C:0.1 ~0.3% ;稀土混合物:0.I ~0.3%, Fe < 0.7%, Zn
<0.3%, Zr < 0.05%, Pb < 0.05%, Sn < 0.05%, Ca < 0.02%，其余為 Al。
[0037]A、Cr中間合金配置
[0038]取CrlOKG，AOO鋁錠90KG，加熱820±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠；
[0039]B、Cu中間合金配置
[0040]取Cu IOKG，AOO鋁錠90KG，加熱840±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠；
[0041]C、Ni中間合金配置
[0042]取Ni IOKG，AOO鋁錠90KG，加熱850±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠；
[0043]D、Mn中間合金配置
[0044]取Mn IOKG，AOO鋁錠90KG，加熱840±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金
,定;
[0045]E、稀土混合物合金配置
[0046]取稀土混合物10KG，A00鋁錠90KG，加熱850±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠；
[0047]F、鋁合金配置
[0048]往坩堝中加AOO鋁錠，加熱到780°C，按照比例依次加入Si中間合金、Cr中間合金、Cu中間合金、Ni中間合金、Mn中間合金、稀土混合物合金、Ti，繼續加熱到840°C，加熱6小時，開啟電磁攪拌機，攪拌I小時，并加入1%復合磷變質劑，溫度降到760°C，按照比例加入C、Mg，再次開啟電磁攪拌機，攪拌I小時，用氮氣除氣20分鐘，經化驗達到硬度(HB) =HBllO ~HB140，機械性能:常溫 20°C > 260MPa,高溫 300°C > 80MPa,體積穩定性 %:<0.015%，線膨脹系數 20 ~300°C:< 241/°C X 10 ~6，金相:JB/T62892005 四級后，即得成品材料。
[0049]材料中加入了 Cr，不僅提高了耐熱性，也提高了材料在室溫和高溫狀態下的機械強度；鎳具有良好的抗氧化性、耐磨性、耐熱性、熱穩定性，又可減少合金膨脹系數變化；錳能消除鐵的有害作用，提高高溫性和耐熱性；鈦不僅能細化組織，提高活塞表面質量，又能提高耐熱性和流動性，從而能改善活塞表面質量特別是減少活塞冷隔。因而具有能提高材料高溫機械性能，改善活塞表面質量的優點。最主要C和稀土混合物，在電磁攪拌作用下，能形成一種介于金屬和非金屬之間的一種復合自潤滑物質，由于潤滑物質的存在，大大地降低了氣缸比壓，并使磨擦偶磨面之間得到充分潤滑，潤滑物質的組成成份有利于避免粘著磨損的發生，從而避免了在發動機在縮小間隙的情況下拉缸。
[0050]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種發動機活塞材料，其特征在于由以下成分組成:Si:11~13%，Cu:1~1.5%，Mg:0.8 ~1.5%, Ni:0.8 ~1.5%, Mn:0.3 ~0.8%, Cr:0.1 ~0.3%, Ti:0.05 ~0.2%, C:0.1 ~0.3% ;稀土混合物:0.I ~0.3%, Fe < 0.7%, Zn < 0.3%, Zr < 0.05%, Pb < 0.05%,Sn < 0.05%, Ca < 0.02%，其余為 Al。
2.一種發動機活塞材料的加工工藝，其特征在于包括如下步驟: A、Cr中間合金配置 取CrlOKG，AOO鋁錠90KG，加熱820±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠； B、Cu中間合金配置 取CulOKG，AOO鋁錠90KG，加熱840±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠； C、Ni中間合金配置 取NilOKG，AOO鋁錠90KG，加熱850±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠； D、Mn中間合金配置 取MnlOKG，AOO鋁錠90KG，加熱840±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠； E、稀土混合物合金配置 取稀土混合物10KG， AOO鋁錠90KG，加熱850±20°C，保溫8小時，取出澆鑄成5KG大小合金錠； F、鋁合金配置 往坩堝中加AOO鋁錠，加熱到780°C，按照比例依次加入Si中間合金、Cr中間合金、Cu中間合金、Ni中間合金、Mn中間合金、稀土混合物合金、Ti，繼續加熱到840°C，加熱6小時，開啟電磁攪拌機，攪拌I小時,并加入1%復合磷變質劑,溫度降到760V，按照比例加入C、Mg，再次開啟電磁攪拌機，攪拌I小時，用氮氣除氣20分鐘，經化驗達到性能指標后，即得成品材料。
3.根據權利要求2所述的一種發動機活塞材料的加工工藝，其特征在于:所述性能指標為:
硬度(HB):HBl 10 ~HB140 ； 機械性能:常溫 20°C> 260MPa,高溫 300°C> 80MPa ； 體積穩定性％:< 0.015%; 線膨脹系數20~300°C:< 241/°C X 10~6 ; 金相:JB/T6289—2005 四級。
【文檔編號】C22C38/60GK103484796SQ201310462207
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】解居麟, 鄭德本 申請人:龍口市大川活塞有限公司