一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺的制作方法

本发明涉及过共晶铝硅合金活塞材料热处理技术领域，具体的说是涉及一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺。

背景技术：

亚共晶和共晶硅铝合金广泛应用于汽车和摩托车活塞的生产上。然而亚共晶和共晶硅铝合金在实际应用中存在的致命问题是活塞尺寸稳定性差、抗咬合负载能力差，高温时产生体积的不可逆膨胀从而导致“咬缸”现象的发生，使得发动机无法正常工作。在共晶铝硅合金的基础上，提高si含量得到高硅过共晶铝硅合金，过共晶铝硅合金的高温力学性能、耐磨性、尺寸稳定性和抗咬合性能均有大幅度的提高，但是仍然无法满足活塞稳定工作的要求。

本发明提供的深冷处理工艺，通过多次对过共晶铝硅合金活塞材料进行深冷处理，有效提高了材料的强度和硬度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有过共晶铝硅合金活塞材料无法满足活塞稳定工作要求的问题，提供了一种能有效提高材料强度和硬度的过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺。

本发明通过如下技术方案实现：一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺，其特征是该工艺包括以下步骤：

步骤1：将过共晶铝硅合金活塞材料置于温度为-120℃～-110℃的可程序控温装置中缓慢冷却20min～30min；

步骤2：将过共晶铝硅合金活塞材料放入到液氮中进行液体法深冷处理，液氮温度为-196℃～-160℃，冷却时间为30min；

步骤3：将过共晶铝硅合金活塞材料从液氮中直接取出置于起始温度为-120℃～-110℃的可程序控温装置中，缓慢升温至25℃，升温速度为3℃/min～4.5℃/min；然后在25℃环境静止20min～30min；

步骤4：重复步骤1～步骤3一次；

步骤5：重复步骤1一次；

步骤6：将过共晶铝硅合金活塞材料放入到液氮中进行液体法深冷处理，液氮温度为-196℃～-160℃，冷却时间为12h；

步骤7：重复步骤3；

步骤8：将工件置于设定控制温度为200℃的马弗炉中回火1h以消除应力，之后空冷至室温。

所述的该工艺处理的材料是过共晶铝硅合金。

所述的该工艺中步骤2和步骤6中使用的深冷处理设备为上开口式30立升容积的真空绝热容器，绝热方式为高度真空多层多屏绝热方式，液氮位于深冷处理设备中。

所述的步骤8中使用的马弗炉为程控式加热马弗炉，控制精度为±1℃，额定最高加热温度为1600℃。

所述的步骤1和步骤3使用的可程序控温装置的温度范围为-130℃～150℃，最大升温速度5℃/min,最大降温速度3℃/min,温度控制精度为±1℃。

本发明一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺与现有技术相比有如下有益效果：

1、本发明能有效提高过共晶铝合金的强度和硬度，细化共晶硅组织。

2、本发明所提供的处理工艺经济方便、处理效率高。

附图说明

图1是本发明一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺处理后试样与未处理试样的拉伸情况。

图2是本发明一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺处理后试样与未处理试样的500倍放大金相图。

图3是本发明一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺处理后试样与未处理试样的5000倍放大金相图。

图4是本发明一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺处理后试样与未处理试样的硬度情况。

图5是本发明一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺的技术方案做进一步的描述。

为了对比本发明所记录工艺的效果，采用同一批次的过共晶铝硅合金活塞材料制作不同试样，并将试样分为两组，一组为实验组，另一组为对照组，其中实验组按照本发明所述的深冷处理工艺进行处理，对照不做任何处理；试样的制作与标号情况如下：从同一批铸态成品中取两组拉伸试样、两组金相试样和两组硬度试样，将拉伸试样加工成φ5mm×50mm标准拉伸试棒，每组三根，实验组分别编号为ta1、ta2、ta3，对照组分别编号为tb1、tb2、tb3；将金相实验加工成φ18mm×30mm的圆柱形，每组一个，实验组试样编号为ja，对照组编号为jb；将硬度试样加工成φ18mm×30mm的圆柱形，每组一个，实验组试样编号为bya，对照组编号为byb。

实施例1：一种过共晶铝硅合金活塞材料的深冷处理工艺，其特征是该工艺包括以下步骤：

步骤1：将过共晶铝硅合金活塞材料置于温度为-120℃～的可程序控温装置中缓慢冷却30min；

步骤2：将过共晶铝硅合金活塞材料放入到液氮中进行液体法深冷处理，液氮温度为-160℃，冷却时间为30min；

步骤3：将过共晶铝硅合金活塞材料从液氮中直接取出置于起始温度为-120℃～的可程序控温装置中，缓慢升温至25℃，升温速度为3℃/min；然后在25℃环境静止30min；

步骤4：重复步骤1～步骤3一次；

步骤5：重复步骤1一次；

步骤6：将过共晶铝硅合金活塞材料放入到液氮中进行液体法深冷处理，液氮温度为-160℃，冷却时间为12h；

步骤7：重复步骤3；

步骤8：将工件置于设定控制温度为200℃的马弗炉中回火1h以消除应力，之后空冷至室温。

所述的该工艺处理的材料是过共晶铝硅合金。

所述的该工艺中步骤2和步骤6中使用的深冷处理设备为上开口式30立升容积的真空绝热容器，绝热方式为高度真空多层多屏绝热方式，液氮位于深冷处理设备中。

所述的步骤8中使用的马弗炉为程控式加热马弗炉，控制精度为±1℃，额定最高加热温度为1600℃。

所述的步骤1和步骤3使用的可程序控温装置的温度范围为-130℃～150℃，最大升温速度5℃/min,最大降温速度3℃/min,温度控制精度为±1℃。

将实验组的材料按照实施例1的工艺进行处理，对照组的材料不做任何处理，然后分别测量实验组和对照组的材料力学参数和金相，其中在拉伸测试中，分别测量同一组的三个试样，然后取平均值。

图1是实验组材料和对照组材料的拉伸情况，从图中可以看出，经过本发明提供的工艺深冷处理后，过共晶铝硅合金活塞材料的强度有了一定程度的提高。

图2是实验组材料和对照组材料放大500倍的金相情况，其中左侧是对照组材料金相，右侧是实验组材料金相,从图中可以看出经过本发明提供的工艺深冷处理后，过共晶铝硅合金活塞材料的共晶枝晶明显碎化，且排列由杂乱无章向有序化发展。

图3是实验组材料和对照组材料放大5000倍的金相情况，其中左侧是对照组材料金相，右侧是实验组材料金相,从图中可以看出经过本发明提供的工艺深冷处理后，过共晶铝硅合金活塞材料组织内部的微细析出颗粒明显增多，枝晶的尺寸由10μm左右碎化至5μm左右。

图4是实验组材料和对照组材料的硬度情况，从图中可以看出经过本发明提供的工艺深冷处理后，过共晶铝硅合金活塞材料的硬度有了一定的提高。