专利名称：铝活塞用铸铁镶圈及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种活塞用的镶圈，尤其是一种铝活塞用普通铸铁镶圈的结构、组份及其制造方法。
背景技术：
随着国内外节能减排形势的日趋严峻，通过减少铝活塞的重量是减少发动机排放和降低燃油耗的途径之一。为了增加铝活塞的强度，提高活塞的寿命，在活塞的头部一般需要增加一高强度的镶圈。目前，行业中大多采用高镍奥氏体镶圈，这种镶圈20 200°C的线膨胀系数> 18X ΙΟ"6，跟铝合金接近，因此高镍奥氏体镶圈是与铝活塞结合较好的镶圈。 但是因为这种镶圈必须加入大量的镍，所以这种镶圈的原材料成本和制造成本很高，目前材料成本价约为18. 3万/吨；并且制造这种镶圈大部分需采用离心铸造，铸件的残余应力比较大，同时高镍奥氏体镶圈的机加工性能极差，这些缺点为活塞行业降低成本和提升发动机性能形成了一道障碍。如果采用普通合金铸铁铸造镶圈，普通合金铸铁镶圈的成本较低，约为7000元/吨，并且可采用砂型铸造、全自动造型机叠箱造型，比离心铸造节约了材料。但是，众所周知，合金铸铁的线膨胀系数为12X 10_6左右，比铝合金的线膨胀系数19 21X10_6低，且由于镶圈是圆环型结构，影响了镶圈和铝活塞本体的结合力，使镶圈不能牢固的镶嵌在铝活塞本体上，经过一段时间使用后，有可能造成镶圈的变形甚至从铝活塞本体上脱落。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够与铝活塞牢固结合、工作性能好、且可降低制造成本的铝活塞用铸铁镶圈及其制造方法。为解决上述技术问题，本发明产品所采取的技术方案是一种铝活塞用铸铁镶圈， 包括圆环型本体以及位于圆环型本体外圆上的与圆环型本体一体成型的凸起的支撑台，所述圆环型本体的内圆上开设有均勻分布的内齿；所述内齿的端面形状为尖角处圆滑过度的三角形、等腰梯形、矩形或燕尾形的其中一种。所述的铝活塞用铸铁镶圈的材质含有下述重量百分含量的组份C 3. 4 4. 0%， Si 1. 8 2. 7%, Mn 0. 5 1. 0%, P 0. 25 0. 50%, S 0. 015 0. 025，Cr 0. 2 0. 5%, Cu 0. 2 0. 5%，Ti 0. 1 0. 25%，余量为 Fe。上述铝活塞用铸铁镶圈的制造方法，包括下述过程
(1)将所述各组份放入变频电炉中进行熔炼，勻速升温；到温后经过两次孕育处理，总孕育量为0. 2 0. 4% ；然后继续升温至过热，出炉温度1500°c，浇注温度为1380 1420°C;
(2)在自动造型机上用砂型铸造，采用叠箱造型；
(3)对镶圈毛坯抛丸处理，清除表面粘砂，并进行去应力处理；
(4)对镶圈机加工，磨平两端面，并去除尖角毛刺；
(5)再次对镶圈进行抛丸处理，然后进行物理防锈保护处理。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于
(1)本发明镶圈结构独特，镶圈内壁设置有凹凸的齿形，在生产铝活塞时铝活塞的外表面也会形成凹凸的齿形，镶圈的内齿和铝活塞的铝基体能够形成非常强的结合力，减少了铝活塞在高温时的变形，并防止了使用过程中的脱圈现象。(2)本发明镶圈的材质采用优选的合金配比，不含贵重的镍，且加入耐磨的合金元素，可满足铝活塞的各项功能和性能。采用本发明铸铁成分的配比，镶圈的线膨胀系数为 16 18X10-6，与铝合金的线膨胀系数接近。由于采用了特殊合金铸铁镶圈，使得铝活塞在机加工过程中的切削性能极大改善，降低了加工刀具的消耗，可节省刀具费用约6元。本发明镶圈与高镍奥氏体镶圈相比，可降低生产材料成本约8元/片，若全年生产铝活塞毛坯 200万只，可降低采购费用1600万元，大大降低了生产成本。(3)本发明的制造方法为全自动造型机砂型铸造，铸造及机加工应力远远小于离心铸造，可改善活塞的高温体积稳定性，能达到很高的抗拉、抗弯强度和耐磨性能。本发明镶圈不仅能满足活塞在常温和高温下的工作性能，还降低了铝活塞的制造成本，同时降低了活塞的重量，进而降低了燃油耗。
图1是本发明实施例1结构示意图； 图2是图1的A-A剖视图3是本发明实施例2的结构示意图； 图4是本发明实施例3的结构示意图； 图5是本发明实施例4的结构示意图； 其中，1、支撑台；2、圆环型本体；3、内齿。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。实施例1
本铝活塞用铸铁镶圈的结构参见附图1和附图2，本实施例中的铝活塞用镶圈结构中包括一圆环型本体2，在该圆环型本体2外圆上的中间部位设有一凸出的环形的支撑台1， 所述支撑台1与圆环型本体2是一体铸造成型的。圆环型本体2的内圆为均布的内齿3，该实施例中内齿3的端面形状为三角形，该三角形每个角均圆角过度，比较平缓。本实施例的镶圈适用于活塞直径小于IOOmm的铝活塞。本实施例的铸铁镶圈的材质选择合适的碳、硅、锰、磷、硫、铬、铜的含量，各成分的具体重量百分含量参见表1，其中每个实施例中的余量均为狗。本实施例的铝活塞用铸铁镶圈的制造方法包括下列过程。(1)将上述配比合适的原材料放入一吨变频电炉熔炼，并进行两次孕育处理，加入孕育剂，总孕育量为0. 2 0. 4%，然后继续升温至过热，1500度出炉，浇注温度1380 1420 度。( 2 )在自动造型机上采用砂型叠箱造型，然后进行浇注。(4)对所得的镶圈毛坯抛丸处理，清除表面粘砂，并进行去应力处理。
(5)对镶圈机加工，磨平两端面。(6)对镶圈进行表面处理去除尖角毛刺。(7)再次对镶圈进行抛丸处理。(8)对镶圈进行物理防锈保护处理，防止其生锈。(9)将镶圈放到全自动浇铸机中，浇铸铝活塞。本实施例的镶圈的机械性能为(1)抗拉强度205Mpa ;(2)抗弯强度3 Mpa ； (3)金相组织为石墨5级，基体为珠光体；(4)硬度为98 HRB; (5)镶圈结合力为17. 2 Mpa ； (6)活塞在高温的体积稳定性0.019%。其完全可以满足活塞的使用要求。实施例2
实施例2的镶圈的结构与实施例1的结构基本相同，所不同的地方是内齿3的形状不一样。参见附图3，实施例2中内齿的形状为等腰梯形，等腰梯形的每相邻两个边之间亦为圆角过渡。这种结构的镶圈适用于活塞直径为100 130mm的铝活塞。本实施例的铸铁镶圈的材质的重量百分含量参见表1，制造方法同实施例1 ；机械性能参见表2，其它性能或者金相组织与实施例1相同。实施例3
本实施例的镶圈的结构与实施例1的不同之处是内齿3的形状不同。参见附图4，本实施例中内齿3的端面形状为矩形，矩形的每相邻两个边之间亦为圆角过渡。这种结构的镶圈适用于活塞直径130 150mm的铝活塞。本实施例的铸铁镶圈的材质的重量百分含量参见表1，制造方法同实施例1 ；机械性能参见表2，其它性能或者金相组织与实施例1相同。实施例4
本实施例的镶圈的结构与实施例1的不同之处是内齿3的形状不同。参见附图5，本实施例中内齿3的端面形状为燕尾形，燕尾形的每相邻两个边之间亦为圆角过渡。这种结构的镶圈适用于活塞直径大于150mm的铝活塞。本实施例的铸铁镶圈的材质的重量百分含量参见表1，制造方法同实施例1 ；机械性能参见表2，其它性能或者金相组织与实施例1相同。实施例5 7
实施例5、6和7的结构分别与实施例2、3、4相同。本实施例的铸铁镶圈的材质的重量百分含量参见表1，制造方法同实施例1 ；机械性能参见表2，其它性能或者金相组织与实施例1相同。表1各实施例的化学成分、硬度及金相组织
权利要求
1.一种铝活塞用铸铁镶圈，包括圆环型本体(2)以及位于圆环型本体(2)外圆上的与圆环型本体(2)—体成型的凸起的支撑台(1)，其特征在于所述圆环型本体(2)的内圆上开设有均勻分布的内齿(3)；所述内齿(3)的端面形状为尖角处圆滑过度的三角形、等腰梯形、矩形或燕尾形的其中一种。
2.权利要求1所述的铝活塞用铸铁镶圈，其特征在于其材质含有下述重量百分含量的组份=C 3. 4 4. 0%, Si 1. 8 2. 7%, Mn 0. 5 1. 0%, P 0. 25 0. 50%, S 0. 015 0. 025，Cr 0. 2 0. 5%, Cu 0. 2 0. 5% ,Ti 0. 1 0. 30%,余量为 Fe。
3.权利要求2所述的铝活塞用铸铁镶圈的制造方法，其特征在于包括下述过程(1)将所述各组份放入变频电炉中进行熔炼，勻速升温；到温后经过两次孕育处理，总孕育量为0. 2 0. 4% ；然后继续升温至过热，出炉温度1500°C，浇注温度为1380 1420°C;(2)在自动造型机上用砂型铸造，采用叠箱造型；(3)对镶圈毛坯抛丸处理，清除表面粘砂，并进行去应力处理；(4)对镶圈机加工，磨平两端面，并去除尖角毛刺；(5)再次对镶圈进行抛丸处理，然后进行物理防锈保护处理。
全文摘要
本发明公开了一种铝活塞用铸铁镶圈及其制造方法，其包括圆环型本体以及位于圆环型本体外圆上的与圆环型本体一体成型的凸起的支撑台，圆环型本体的内圆上开设有均匀分布的内齿；内齿的端面形状为尖角处圆滑过度的三角形、等腰梯形、矩形或燕尾形的其中一种。镶圈的组份没有使用贵重镍，而是加入了其他耐磨的金属材料；镶圈的毛坯采用自动造型机砂型铸造，叠箱造型，并进行抛丸处理。本发明镶圈结构独特，和铝活塞的铝基体有很强的结合力，防止铝活塞在高温时的变形和脱圈，能提高镶圈和铝的粘结力；本镶圈的材质采用优选的合金配比，不含贵重的镍，降低了生产成本；本制造方法的铸造及机加工应力小于离心铸造，可改善活塞的高温体积稳定性。
文档编号B22C9/22GK102384264SQ20111036182
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者张彩霞, 李树林, 王季明, 郭正伟 申请人:石家庄金刚内燃机零部件集团有限公司