CN103862024B - 铝-铝复合活塞及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝‑铝复合活塞及其制备方法，其特征在于：该铝‑铝复合活塞的裙部和头部是采用二种不同的铝合金材料，其中活塞裙部材质为相对强韧性好的第一种铝合金，活塞头部材质为相对低膨胀耐热的第二种铝合金或铝基复合材料；制备时，采用挤压铸造工艺复合成型。本发明采用二种铝合金材料制成，可以满足发动机活塞局部性能的不同要求；同时采用挤压铸造工艺进行制备，以实现两种铝合金的完全冶金结合，制得的活塞结合强度高，组织致密，使用性能优良。

Description

铝-铝复合活塞及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发动机零部件技术领域，具体是一种含有两种不同铝合金材质的发动机铝-铝复合活塞及其制备方法。
背景技术
发动机活塞各部位的工作环境不同，导致局部性能要求也不同。发动机活塞头部与燃烧气体直接接触，承受高温高压作用，要求高温性能好、热膨胀系数小；发动机活塞裙部与连杆连接，承受拉压交变载荷作用，要求疲劳性能好、强度和韧性高。
目前，发动机活塞大多采用一种铝合金制造，如采用ZL109合金等，制备方法采用重力铸造、低压铸造或挤压铸造等。为满足发动机活塞局部性能的不同要求，往往采取优化合金成分、改变局部组织、添加预制件等方法。例如，通过磷变质处理改善活塞用铝合金的耐磨性能，在活塞头部或第一环槽处增加耐磨环以提高耐磨性。
采用两种不同铝合金复合铸造成型以满足局部性能要求的方法相比单一合金铸造成型具有更灵活、更有效的作用。传统的复合活塞的制备工艺采用机械连接、焊接、镶铸，结合强度较差。挤压铸造工艺可以将两种铝合金复合成型，并实现两种铝合金材质界面的完全冶金结合，具有界面结合强度高、组织致密等优点。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种使用性能优良的铝-铝复合活塞，其裙部和头部是采用二种不同的铝合金材质，以满足发动机活塞局部性能的不同要求，具有界面结合强度高、组织致密等优点。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种铝-铝复合活塞的制备方法，其裙部和头部是采用二种不同的铝合金材质，以满足发动机活塞局部性能的不同要求，采用挤压铸造工艺实现两种铝合金材质界面的完全冶金结合，制得的活塞具有界面结合强度高、组织致密等优点。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铝-铝复合活塞，其特征在于：铝-铝复合活塞的裙部和头部是采用二种不同的铝合金材料，其中活塞裙部材质为相对强韧性好的第一种铝合金，活塞头部材质为相对低膨胀耐热的第二种铝合金或铝基复合材料。
作为改进，所述铝-铝复合活塞的裙部和头部的二种铝合金通过挤压铸造工艺复合成型，其接触界面完全冶金结合。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述铝-铝复合活塞的制备方法，其特征在于步骤为：
1）设计好两次浇注的活塞尺寸和第一次浇注的位置；
2）按常规熔炼工艺，熔炼两种铝合金；
3）将活塞模具放置于液压机上，通过液压机给模腔内金属液加压；
4）定量浇注第一种铝合金到模具型腔中的指定高度，测定模具型腔中铝液温度，根据第一种铝合金的特征，判定铝合金呈糊状的温度区间；当铝液温度为530-560℃时，浇注第二种铝合金到模具型腔中，封闭模具并加压至80-120MPa，保压至铝液完全凝固；
5）打开上下模，取出铸件，即为活塞毛坯，最后经热处理、机械加工后获得所需的铝-铝复合活塞。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用二种铝合金材料制成，其中发动机活塞裙部材质为强韧性好的铝合金，头部材质为低膨胀耐热的铝合金或铝基复合材料，可以满足发动机活塞局部性能的不同要求；同时采用挤压铸造工艺进行制备，以实现两种铝合金的完全冶金结合，制得的活塞结合强度高，组织致密，使用性能优良。
附图说明
图1是本发明的铝-铝复合活塞毛坯的结构示意图；
图2是本发明的铝-铝复合活塞中两种不同铝合金接触界面的显微组织。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：2A50-ZL109复合活塞
发动机活塞裙部2材质为2A50铝合金，头部1材质为ZL109铝合金，3为两种不同铝合金接触界面，采用挤压铸造工艺制造，包括步骤如下：
（1）设计好两次浇注的活塞尺寸和第一次浇注的位置；
（2）按常规熔炼工艺，熔炼2A50铝合金和ZL109铝合金，2A50铝合金用于铸造活塞裙部，ZL109铝合金用于铸造活塞头部；
（3）定量浇注2A50铝合金到模具型腔中的指定高度，测定模具型腔中铝液温度，当铝液温度降至530℃时，浇注ZL109铝合金，闭合模具并加压至80MPa，保压至铝液完全凝固；
（4）打开上下模，取出铸件，即成为铝合金活塞毛坯，如图1所示，其中3为二种铝合金的接触界面。最后经热处理、机械加工后获得铝合金活塞。
铝-铝复合活塞中两种不同铝合金接触界面的显微组织见图2所示，从图中可看出，两种铝合金在接触界面实现了完全的冶金结合，图的左侧为强韧性好的铝合金，图的右侧为低膨胀耐热的铝合金。
实施例2：ZL109-SiCp铝基复合材料复合活塞
发动机活塞裙部材质为ZL109铝合金，头部材质为SiCp铝基复合材料，采用挤压铸造工艺制造，包括步骤如下：
（1）设计好两次浇注的活塞尺寸和第一次浇注的位置；
（2）按常规熔炼工艺，熔炼ZL109铝合金和SiCp铝基复合材料，ZL109铝合金用于铸造活塞裙部，SiCp铝基复合材料用于铸造活塞头部；
（3）定量浇注ZL109铝合金到模具型腔中的指定高度，测定模具型腔中铝液温度，当铝液温度降至545℃时，浇注SiCp铝基复合材料，闭合模具并加压至100MPa，保压至铝液完全凝固；
（4）打开上下模，取出铸件，即成为铝合金活塞毛坯。经热处理、机械加工后获得铝合金活塞。
实施例3：ZL109-ZL117复合活塞
发动机活塞裙部材质为ZL109铝合金，头部材质为ZL117铝合金，采用挤压铸造工艺制造，包括步骤如下：
（1）设计好两次浇注的活塞尺寸和第一次浇注的位置；
（2）按常规熔炼工艺，熔炼ZL109铝合金和ZL117铝合金，ZL109铝合金用于铸造活塞裙部，ZL117铝合金用于铸造活塞头部；
（3）定量浇注ZL109铝合金到模具型腔中的指定高度，测定模具型腔中铝液温度，当铝液温度降至560℃时，浇注ZL117铝合金，闭合模具并加压至120MPa，保压至铝液完全凝固；
（4）打开上下模，取出铸件，即成为铝合金活塞毛坯。经热处理、机械加工后获得铝合金活塞。

Claims (1)

1.一种铝-铝复合活塞的制备方法，其特征在于步骤为：
1)设计好两次浇注的活塞尺寸和第一次浇注的位置；
2)按常规熔炼工艺，熔炼两种铝合金；
3)将活塞模具放置于液压机上，通过液压机给模腔内金属液加压；
4)定量浇注第一种铝合金到模具型腔中的指定高度，测定模具型腔中铝液温度，根据第一种铝合金的特征，判定铝合金呈糊状的温度区间；当铝液温度为530-560℃时，浇注第二种铝合金到模具型腔中，封闭模具并加压至80-120MPa，保压至铝液完全凝固；
5)打开上下模，取出铸件，即为活塞毛坯，最后经热处理、机械加工后获得所需的铝-铝复合活塞。
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