一种发动机活塞材料及其加工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种发动机活塞材料及其加工工艺，其属于汽车活塞加工【技术领域】。它解决了传统活塞的配缸间隙较大、难以满足新标发动机要求的不足，其各组分配比为：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%，其余为Al；通过在ZL109铝合金基础上添加Mn、Cr、Ti、C、稀土等微量元素，采取电磁搅拌、浇铸及热处理工艺进行加工即得所需材料。
【专利说明】一种发动机活塞材料及其加工工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机活塞材料及其加工工艺，其属于汽车活塞加工【技术领域】。【背景技术】
[0002]传统的ZL108、ZL109铝基合金生产的活塞，由于膨胀系数原因，活塞与缸体需要较大的配缸间隙(柴油机发动配缸间隙为0.12~0.20mm,空压机配缸间隙为0.08~
0.16mm,制冷压缩机配缸间隙0.06~0.09mm,摩托车发动机配缸间隙为0.03~0.07mm),这种较大的配缸间隙，造成发动机在运行过程中，振动大、噪声大、排放大、功率难以提高，难以满足新标发动机的要求。
【发明内容】
[0003]本发明针对传统活塞的配缸间隙较大、难以满足新标发动机要求的不足，提供一种发动机活塞材料及其加工工艺。
[0004]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
[0005]一种发动机活塞材料，由以下成分组成: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%，其余为 Al。
[0006]其加工工艺包括如下步骤:
[0007]A、Cr中间合金配置
[0008]取CrlOKG，AOO铝锭90KG，加热820±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭；
[0009]B、Cu中间合金配置
[0010]取Cul0KG，A00铝锭90KG，加热840±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金
,定;
[0011]C、Ni中间合金配置
[0012]取Ni IOKG, AOO铝锭90KG，加热850 ± 20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭；
[0013]D、Mn中间合金配置
[0014]取Mn IOKG，AOO铝锭90KG，加热840±20°C，保温8小时，取出浇铸成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铝锭90KG，加热850±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭；
[0017]F、铝合金配置
[0018]往坩埚中加AOO铝锭，加热到780°C，按照比例依次加入Si中间合金、Cr中间合金、Cu中间合金、Ni中间合金、Mn中间合金、稀土混合物合金、Ti，继续加热到840°C，加热6小时，开启电磁搅拌机，搅拌I小时,并加入1%复合磷变质剂,温度降到760 V，按照比例加入C、Mg，再次开启电磁搅拌机，搅拌I小时，用氮气除气20分钟，经化验达到性能指标后，即得成品材料。
[0019]进一步，所述性能指标为:
[0020]硬度(HB)=HBllO ~HB140 ；
[0021 ]机械性能:常温 20°C > 260MPa,高温 300°C > 80MPa ；
[0022]体积稳定性％: < 0.015% ；
[0023]线膨胀系数20 ~300°C:< 241/°C X 10 ~6 ;
[0024]金相 JB/T62892005 四级。
[0025]本发明的有益效果是:采用本发明材料制成的发动机活塞，可有效减少配缸间隙(柴油机发动配缸间隙可减少为0.05~0.08mm,空压机配缸间隙可减少为0.01~0.04mm,制冷压缩机配缸间隙可减少为0.01~0.04mm,摩托车发动机配缸间隙可减少为0.01~
0.03mm)，可产生如下效益:
[0026]1、排放改善
[0027]由于活塞裙部与气缸间隙小，使得内燃机气缸的密封性增强，提高了压缩终了的温度(一般可提高18%)，减少了燃料进入气缸后的着火落后期，使得参加初期燃烧反应的燃料减少，抑制了燃烧的局部高温，因而降低了氮氧化物(NOX)的产生。由于气缸压力高，促使燃烧迅速，不易产生补燃，因而降低了碳氢(HC)和一氧化碳(CO)的排放。
[0028]2、油耗降低
[0029]降低机油消耗30%以上，燃油耗(柴油)5%~15%。由于燃烧完善，发动机经济性提高，例如:一辆城市公交柴油车按节约燃油8%计算，每月6000公里行驶，仅燃油费就可每月节省500多元，如加上机油消耗、大修里程延长等。一辆柴油公交车一年营运成本可降低I万元人民币左右，应用到汽车空压机上，配缸间隙可减少到0.01~0.04mm，机油消耗可减少60%以上。
[0030]3、动力、扭矩增加
[0031]由于燃烧室密封性得到了提高，动力增加7%，扭矩提高5%。
[0032]4、寿命延长
[0033]发动机使用寿命可延长2倍以上。特别是能够使良好排放状态得以长期保持，降低了在用车对大气的污染。这对中国当前的内燃机的制造水平不高，就发动机使用不久就大量排污有重要的意义。
【具体实施方式】
[0034]以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0035]通过在ZL109铝合金基础上添加Mn、Cr、T1、C、稀土等微量元素，采取合适的合金熔炼(即采用电磁搅拌)、浇铸及热处理工艺，对重要元素组成及重要工艺参数采用正交试验，以获得如下最佳成分配比和熔炼工艺方案:
[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%，其余为 Al。
[0037]A、Cr中间合金配置
[0038]取CrlOKG，AOO铝锭90KG，加热820±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭；
[0039]B、Cu中间合金配置
[0040]取Cu IOKG，AOO铝锭90KG，加热840±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭；
[0041]C、Ni中间合金配置
[0042]取Ni IOKG，AOO铝锭90KG，加热850±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭；
[0043]D、Mn中间合金配置
[0044]取Mn IOKG，AOO铝锭90KG，加热840±20°C，保温8小时，取出浇铸成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铝锭90KG，加热850±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭；
[0047]F、铝合金配置
[0048]往坩埚中加AOO铝锭，加热到780°C，按照比例依次加入Si中间合金、Cr中间合金、Cu中间合金、Ni中间合金、Mn中间合金、稀土混合物合金、Ti，继续加热到840°C，加热6小时，开启电磁搅拌机，搅拌I小时，并加入1%复合磷变质剂，温度降到760°C，按照比例加入C、Mg，再次开启电磁搅拌机，搅拌I小时，用氮气除气20分钟，经化验达到硬度(HB) =HBllO ~HB140，机械性能:常温 20°C > 260MPa,高温 300°C > 80MPa,体积稳定性 %:<0.015%，线膨胀系数 20 ~300°C:< 241/°C X 10 ~6，金相:JB/T62892005 四级后，即得成品材料。
[0049]材料中加入了 Cr，不仅提高了耐热性，也提高了材料在室温和高温状态下的机械强度；镍具有良好的抗氧化性、耐磨性、耐热性、热稳定性，又可减少合金膨胀系数变化；锰能消除铁的有害作用，提高高温性和耐热性；钛不仅能细化组织，提高活塞表面质量，又能提高耐热性和流动性，从而能改善活塞表面质量特别是减少活塞冷隔。因而具有能提高材料高温机械性能，改善活塞表面质量的优点。最主要C和稀土混合物，在电磁搅拌作用下，能形成一种介于金属和非金属之间的一种复合自润滑物质，由于润滑物质的存在，大大地降低了气缸比压，并使磨擦偶磨面之间得到充分润滑，润滑物质的组成成份有利于避免粘着磨损的发生，从而避免了在发动机在缩小间隙的情况下拉缸。
[0050]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种发动机活塞材料，其特征在于由以下成分组成: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%，其余为 Al。
2.一种发动机活塞材料的加工工艺，其特征在于包括如下步骤: A、Cr中间合金配置 取CrlOKG，AOO铝锭90KG，加热820±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭； B、Cu中间合金配置 取CulOKG，AOO铝锭90KG，加热840±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭； C、Ni中间合金配置 取NilOKG，AOO铝锭90KG，加热850±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭； D、Mn中间合金配置 取MnlOKG，AOO铝锭90KG，加热840±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭； E、稀土混合物合金配置 取稀土混合物10KG， AOO铝锭90KG，加热850±20°C，保温8小时，取出浇铸成5KG大小合金锭； F、铝合金配置 往坩埚中加AOO铝锭，加热到780°C，按照比例依次加入Si中间合金、Cr中间合金、Cu中间合金、Ni中间合金、Mn中间合金、稀土混合物合金、Ti，继续加热到840°C，加热6小时，开启电磁搅拌机，搅拌I小时,并加入1%复合磷变质剂,温度降到760V，按照比例加入C、Mg，再次开启电磁搅拌机，搅拌I小时，用氮气除气20分钟，经化验达到性能指标后，即得成品材料。
3.根据权利要求2所述的一种发动机活塞材料的加工工艺，其特征在于:所述性能指标为:
硬度(HB):HBl 10 ~HB140 ； 机械性能:常温 20°C> 260MPa,高温 300°C> 80MPa ； 体积稳定性％:< 0.015%; 线膨胀系数20~300°C:< 241/°C X 10~6 ; 金相:JB/T6289—2005 四级。
【文档编号】C22C38/60GK103484796SQ201310462207
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】解居麟, 郑德本 申请人:龙口市大川活塞有限公司