CN104805339A

CN104805339A - 一种汽车空调压缩机空心活塞及其生产方法

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Publication number: CN104805339A
Application number: CN201510236891.5A
Authority: CN
Inventors: 解居麟
Original assignee: Shangdong Huichuan Automotive Parts Co Ltd
Current assignee: Shangdong Huichuan Automotive Parts Co Ltd
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2035-05-11
Also published as: CN104805339B

Abstract

本发明公开了一种汽车空调压缩机空心活塞，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。本发明还提供一种汽车空调压缩机空心活塞的生产方法。本发明通过对空心活塞用铝合金中元素的选择和控制，提高了活塞的强度和硬度；进一步通过改进激光焊接工艺，减少了焊缝微气孔率，提高了焊接拉力，提高了焊接质量，从而提高了空心活塞的使用性能和使用寿命。

Description

一种汽车空调压缩机空心活塞及其生产方法

技术领域

本发明涉及汽车工业技术领域，尤其是涉及一种汽车空调压缩机空心活塞及其生产方法。

背景技术

随着国民生活水平的不断提高，对汽车的需求量越来越大，对汽车性能的要求也越来越高，导致国内汽车工业迅速发展，汽车零配件国产化程度不断提高。

空调压缩机是空调制冷系统的心脏，其作用是维持制冷剂在空调中循环流动，吸入来自蒸发器的低温低压气态制冷剂，压缩成高温高压状态并送往冷凝器。空调压缩机按内部工作方式不同可分为：曲柄连杆式(由曲柄、连杆、活塞以及进排气阀等部件组成)；摇盘式压缩机(由主轴、圆锥齿轮、斜形板、连杆、活塞、进排阀以及摇板等部件组成)；斜盘式压缩机(由主轴、斜盘、气缸、活塞以及进排阀等部件组成)三种；其中，斜盘式压缩机容易实现小型化和轻量化，可以实现高转速工作，且结构紧凑，效率高，性能可靠。

根据工作原理的不同，空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机，与定排量空调压缩机相比，变排量压缩机具有以下优点：1.排气压力和工作转矩的波动性小，减小了对发动机的冲击；2.不同于定排量压缩机用离合器来切换，温度波动大，变排量压缩机提高了车内温度的稳定性，使车内人员感到舒适；3.提高了了蒸发器的低压稳定性，且蒸发器不会结霜；4、提高了压缩机的使用寿命；5.减小了功率消耗，节约能耗。

因此，目前，斜盘式变排量压缩机广泛应用于汽车空调。

斜盘式变排量压缩机的活塞由汽车发动机带动在气缸中作轴向往复运动，为降低能耗，希望减小活塞的重量；为减小压缩机的尺寸，需要加大驱动轴的转速，也需要减小活塞的重量；另外，为了稳定地调节斜盘与驱动轴的倾斜角，并减小压缩机运转过程中的噪音，特别需要减小活塞的重量。但将实心活塞变为空心活塞后，原本由实心金属体负载的压力改为由空心金属腔体负载，空心金属腔体所能负载的极限压力势必小于实心金属体负载的极限压力，而目前空心活塞材料仍然多采用实心活塞使用的AHS铝合金，其组分及含量(重量百分比)为：Si：11～13％、Cu：2～3％、Mg：0.2～0.5％、Ni：0～0.3％、Mn：0～0.1％、Zn：0～0.5％、Ti：0～0.15％，其余为Al，该铝合金的强度及硬度较低，导致空心活塞在负载压力不变的情况下使用性能及使用寿命较低。

空心活塞通常是由两个部件焊接而成。焊接工艺的好坏直接决定了空心活塞的机械性能的强弱。普通焊接工艺焊接拉力小，生产效率低、质量不稳定，后来改用高速激光焊接工艺，提高了焊接拉力，提高了焊接机械性能，同时减少了材料消耗，提高了生产效率，稳定了产品质量。但高速激光焊接也存在不足，主要是微气孔较多，微气孔率高，严重影响了空心活塞的使用性能和使用寿命。

因此，如何提高汽车空调压缩机空心活塞用铝合金材料的强度以及硬度，提高活塞的使用性能及使用寿命是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车空调压缩机空心活塞，该活塞所用铝合金材料具有较高的强度以及硬度，能够提高活塞的使用性能及使用寿命。本发明另一目的是提供一种上述汽车空调压缩机空心活塞的生产方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种汽车空调压缩机空心活塞，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。

优选的，所述Cu的重量百分比为3.7～4.3％。

优选的，所述Ni的重量百分比为1.0～1.3％。

优选的，所述Cr的重量百分比为0.15～0.25％。

优选的，所述C的重量百分比为0.15～0.25％。

优选的，所述RE的重量百分比为0.15～0.25％。

本发明还提供一种上述任意一项汽车空调压缩机空心活塞的生产方法，包括以下步骤：

1)将Al源、Si源、C源、Mg源、Cr源、Cu源、Ni源、Mn源、RE源、Zn源、Ti源熔化成熔液，然后将所述熔液进行铸造产出铝合金铸锭，将所述铝合金铸锭进行轧制产出料棒；

2)将所述步骤1)制得的料棒依次进行下料、热处理、冲筒、热处理、机加工以及清洗，得到空心活塞筒子；将所述步骤1)制得的料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、割断、机加工以及清洗，得到空心活塞头部；

3)将所述步骤2)中筒子及头部进行激光焊接，得到空心活塞半成品；

4)将所述步骤3)中空心活塞半成品依次进行机加工、喷砂、喷涂以及机加工，得到空心活塞成品。

优选的，所述步骤1)铝合金铸锭中Cu的重量百分比为4.0％。

优选的，所述筒子为一端封闭的薄壁圆筒，所述筒子封闭端的外侧设置有一个圆柱状工作台；所述头部包括为与所述筒子焊接在一起相应的圆形底面，所述圆形底面上设置有用于实现所述头部与筒子过盈配合的环形凸台，所述环形凸台外圆周面与垂直于所述圆形底面的中轴线之间的倾角角度为20°～40°。

本发明的技术效果：

本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了Cu元素，Cu元素与Al元素形成θ相，而θ相起固溶强化和弥散强化作用，提高了铝合金的拉伸强度和屈服强度；本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了Ni元素，Ni元素在熔体中能够形成AlNi₂、Al₃Ni等高温强化相，呈弥散相分布于基体晶界，提高合金的室温强度和高温强度以及体积、尺寸稳定性；本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了Cr元素，在合金中形成β-CrAl₇、η-Cr₂Al等7种弥散性高温强化相，且能细化铸造组织，从而提高铝合金的室温强度和高温强度；本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了C元素，C元素能够提高铝合金的强度、硬度、伸长率、断裂韧度和耐磨性能等综合力学性能，减小合金的热膨胀系数，增加合金的导热性能，显著地提高耐磨性和高温稳定性；本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了稀土元素，稀土元素RE为表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相与相之间的拉力，因而使形成临界尺寸晶核的功减小，结晶核数量增加，从而使晶粒细化，提高铝合金的强度和硬度，稀土元素RE还能够提高铝合金的伸长率、断裂韧度和耐磨性能等其它力学性能，减小合金的热膨胀系数，增加合金的导热性能，显著地提高耐磨性和高温稳定性。综上所述，本发明通过对空心活塞用铝合金中元素的选择和控制，提高了活塞的强度和硬度，从而提高了空心活塞的使用性能和使用寿命。

铝合金中加入了Cr元素还提高了活塞的耐热性及耐磨性；Ni还具有良好的抗氧化性、耐磨性、耐热性、热稳定性，可以减小合金膨胀系数变化；Mn能提高耐热性；Ti不仅能细化组织，提高活塞表面质量，又能提高耐热性和锻压时铝合金的流动性，从而改善活塞表面质量，提高材料高温机械性能；C元素和稀土元素RE在电磁搅拌作用下，能在铝合金中形成一种介于金属和非金属之间的复合自润滑物质，由于自润滑物质的存在，大大地降低了气缸比压，并使磨擦偶摩擦面之间得到充分润滑，自润滑物质的组成成份有利于避免粘着磨损的发生，从而保证空调压缩机的气密性，提高了压缩机的使用性能。

本发明通过提高空心活塞用铝合金中Cu元素的含量，由于Cu具有很强的固溶强化作用，使得焊接过程中产生的H₂在熔池中更容易逃逸出来，促进了H₂的排放，减少了溶于焊接熔池中的氢气含量，从而降低了微气孔率，提高了焊接成品率，提高了空心活塞的使用性能和使用寿命；进一步的，本发明还在空心活塞头部上的环形凸台上设置20°～40°的倾角，当激光焊接时，产生的氢气可以从该倾角中外排出，大大降低了溶于焊接熔池中的氢含量，从而降低了微气孔率，提高了焊接拉力，提高了焊接成品率，提高了空心活塞的使用性能和使用寿命。

附图说明

图1为现有技术提供的空心活塞用铝合金的金相组织图；

图2为本发明实施例提供的空心活塞用铝合金的金相组织图；

图3为本发明另一实施例提供的空心活塞用铝合金的金相组织图；

图4为本发明另一实施例提供的空心活塞用铝合金的金相组织图；

图5为本发明实施例提供的空心活塞头部的剖面示意图；

图6为图5中I部分的局部放大图；

图7为本发明实施例提供的空心活塞筒子的剖面示意图；

图8为本发明实施例提供的空心活塞筒子与头部的焊接位置示意图；

图9为本发明实施例提供的空心活塞成品的结构示意图。

图中，1空心活塞头部；101圆形底面；102环形凸台；103倾角；2空心活塞筒子；201工作台；3焊缝；4空心活塞成品。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种汽车空调压缩机空心活塞，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。

本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了Cu元素，Cu元素与Al元素形成θ相，而θ相起固溶强化和弥散强化作用，提高了铝合金的拉伸强度和屈服强度。所述Cu的重量百分比为3.5～4.5％，优选为3.7～4.3％，更优选为3.9～4.1％。

本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了Ni元素，Ni元素在熔体中能够形成AlNi₂、Al₃Ni等高温强化相，呈弥散相分布于基体晶界，提高合金的室温强度和高温强度以及体积、尺寸稳定性。所述Ni的重量百分比为0.8～1.5％，优选为1.0～1.3％，更优选为1.05～1.25％。

本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了Cr元素，在合金中形成β-CrAl₇、η-Cr₂Al等7种弥散性高温强化相，且能细化铸造组织，从而提高铝合金的室温强度和高温强度；Cr还能提高铝合金的耐磨性。所述Cr的重量百分比为0.1～0.3％，优选为0.15～0.25％，更优选为0.17～0.23％。

本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了C元素，C元素能够提高铝合金的强度、硬度、伸长率、断裂韧度和耐磨性能等综合力学性能，减小合金的热膨胀系数，增加合金的导热性能，显著地提高耐磨性和高温稳定性。所述C的重量百分比为0.1～0.3％，优选为0.15～0.25％，更优选为0.17～0.23％。

本发明在空心活塞用铝合金材料中添加了稀土元素，所述稀土元素RE为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钇(Y)和钪(Sc)中的一种或多种。稀土元素RE为表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相与相之间的拉力，因而使形成临界尺寸晶核的功减小，结晶核数量增加，从而使晶粒细化，提高铝合金的强度和硬度。稀土元素RE还能够提高铝合金的伸长率、断裂韧度和耐磨性能等其它力学性能，减小合金的热膨胀系数，增加合金的导热性能，显著地提高耐磨性和高温稳定性。所述RE的重量百分比为0.1～0.3％，优选为0.15～0.25％，更优选为0.17～0.23％。

本发明还在空心活塞用铝合金中添加了Mg元素，Mg元素能够使晶格产生畸变，引起固溶强化，从而提高铝合金的强度和硬度，同时Mg元素还可以提高铝合金的耐腐蚀性和耐热性能。所述Mg的重量百分比为0.2～0.5％，优选为0.25～0.45％，更优选为0.3～0.4％。

本发明还在空心活塞用铝合金中添加了Ti元素，Ti元素在合金熔体中与Mg、Cu、RE等多种元素形成铝基复杂化合物，有效细化结晶，改善晶体组织结构，并在铝基的晶界上析出复合合金化合物，提高铝合金的抗蠕变性能改善合金的铸造性能。所述Ti的重量百分比为0～0.15％，优选为0.05～0.1％，更优选为0.07～0.09％。

本发明还在空心活塞用铝合金中添加了Zn元素，Zn元素在熔体中与Al形成REAl₂Zn₃等多种金属化合物，能改善铝合金的抗拉性能，且能有效地改善铝合金的高温抗腐蚀性能，还能够提高铝合金的耐磨性能。所述Zn的重量百分比为0～0.5％，优选为0.1～0.4％，更优选为0.2～0.3％。

本发明还在空心活塞用铝合金中添加了Si元素，所述Si元素的重量百分比为11～13％，优选为11.5～12.5％，更优选为11.7～12.2％。

本发明还在空心活塞用铝合金中添加了Mn元素，所述Mn元素的重量百分比为0～0.1％，优选为0.01～0.08％，更优选为0.03～0.07％。

本发明空心活塞所用铝合金中除了上述合金元素外，其余为Al。

铝合金中包括以下合金元素：Si、Cu、Mg、Ni、Cr、C、Mn、Zn、Ti以及RE，实际上，多种合金元素不是孤立起作用，其影响是相互的，其中任何一种组分的多少均对合金的性能带来变化。每种元素具有各自独立的作用，但此元素相互组合后，元素之间相互激发，相互促进，协同作用非常明显，使铝合金的性能得到极大优化，尤其是力学性能、成型性能、组织均匀性、偏析性等方面均有大幅度提升。

本发明还提供了一种汽车空调压缩机空心活塞的生产方法，包括以下步骤：

1)将Al源、Si源、C源、Mg源、Cr源、Cu源、Ni源、Mn源、RE源、Zn源、Ti源熔炼成熔液，然后将所述熔液进行铸造产出铝合金铸锭，将所述铝合金铸锭进行轧制产出料棒；

2)将所述步骤1)制得的料棒依次进行下料、热处理、冲筒、热处理、机加工以及清洗，得到空心活塞筒子2；将所述步骤1)制得的料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、割断、机加工以及清洗，得到空心活塞头部1；

4)将所述步骤3)中空心活塞半成品依次进行机加工、喷砂、喷涂以及机加工，得到空心活塞成品4。

在原料熔炼过程中，本发明优选采用Al-Cr中间合金为Cr源进行所述熔炼，所述Al-Cr中间合金中Cr的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-Cu中间合金为Cu源进行所述熔炼，所述Al-Cu中间合金中Cu的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-Ni中间合金为Ni源进行所述熔炼，所述Al-Ni中间合金中Ni的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-Mn中间合金为Mn源进行所述熔炼，所述Al-Mn中间合金中Mn的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-RE中间合金为RE源进行所述熔炼，所述Al-RE中间合金中RE的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-Si中间合金为Si源进行所述熔炼，所述Al-Si中间合金中Si的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-Mg中间合金为Mg源进行所述熔炼，所述Al-Mg中间合金中Mg的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-C中间合金为C源进行所述熔炼，所述Al-C中间合金中C的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-Zn中间合金为Zn源进行所述熔炼，所述Al-Zn中间合金中Zn的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用Al-Ti中间合金为Ti源进行所述熔炼，所述Al-Ti中间合金中Ti的重量百分比优选为8～12％，更优选为10％。

本发明优选采用纯Al锭为Al源进行所述熔炼，所述纯Al锭中Al的重量百分比优选≥99.7％。

上述步骤1)具体为：往坩埚中加入一定质量的纯Al锭，加热至780℃±10℃，将纯Al锭熔炼成熔液，然后按照配比依次往所述熔液中加入Al-Cr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Mn中间合金、Al-RE中间合金、Al-Si中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Ti中间合金，升温至840℃±10℃，保温6小时，待固态合金全部熔化后搅拌，开启电磁搅拌机，搅拌1小时，并加入复合磷变质剂，然后降温至760℃±10℃，按照配比再加入Al-C中间合金、Al-Mg中间合金，再次开启电磁搅拌机，搅拌1小时，用氮气除气20分钟，经化验达到指标后，将熔液铸造成铝合金铸锭。

所述复合磷变质剂为市售商品，所述复合磷变质剂的添加量占熔液质量的比例为0.5～2％，优选为1％。

将上述步骤1)制得的铝合金铸锭经轧制产出料棒，本发明对轧制工艺步骤及工艺参数及使用设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的即可。

将上步骤1)制得的料棒依次进行下料、热处理、冲筒、热处理、机加工以及清洗，得到空心活塞筒子2。针对以往活塞空心切削工艺，效率低、原料浪费的特点，本发明采用液压挤压机，使用具有上模芯与下模芯的空心活塞筒子2冲筒装置，空心活塞筒子2一次冲筒成型，大幅度提高了加工效率，与切削加工比较，单个活塞节约原材料约61克。在冲筒结束后，再经热处理、机加工以及清洗得到空心活塞筒子2，所述机加工具体包括车筒子与车内孔。如图7及图8所示，得到的空心活塞筒子2为一端封闭的薄壁圆筒，在筒子封闭端的外侧设置有一个圆柱状工作台201。

将上述步骤1)制得的料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、割断、机加工以及清洗，得到空心活塞头部1。所述空心活塞头部1的具体加工工艺为：下料、锻造、切边、热处理、抛丸、中间割断、车头部、清洗。如图5及图6所示，得到的空心活塞头部1具有为与筒子焊接在一起相应的圆形底面101，圆形底面101上设置有用于实现头部与筒子过盈配合的环形凸台102。

如图8所示，将上述步骤2)中筒子及头部采用激光焊接技术焊接，得到空心活塞半成品。

将上述得到的空心活塞筒子2与头部，采用特制的气压压坯装置实现头部与筒子过盈配合，配合间隙小，配合效率高。头部与筒子配合好后使用激光焊技术焊接。

为了减少焊接时氢气造成的微气孔率，提高焊接成品率，本发明提高了活塞用铝合金中铜的含量。由于Cu具有很强的固溶强化作用，使得焊接过程中产生的H₂在熔池中更容易逃逸出来，促进了H₂的排放，减少了溶于焊接熔池中的氢气含量，从而降低了微气孔率，提高了焊接成品率。所述Cu的重量百分比为3.5～4.5％，优选为3.7～4.3％，更优选为3.9～4.1％。本发明中Cu含量对铝合金激光焊接微气孔率的影响见表1。

如图5、图6、图7及图8所示，进一步的，本发明中上述环形凸台102外圆周面与垂直于圆形底面101的中轴线之间的倾角103角度为20°～40°，通过在环形凸台102上设置倾角103，当激光焊接时，产生的氢气可以从该倾角103中外排出，大大降低了溶于焊接熔池中的氢气含量，从而降低了微气孔率，提高了焊接成品率。焊接前，采用三点式定位头部斜面，提高了定位精度。

采用上述激光焊接工艺，焊接每个产品只需5S左右，焊接拉力稳定在18KN左右，而且成品率高达99％。优选的，使用二氧化碳激光器焊接，二氧化碳激光器具有较好的方向性、单色性和较好的频率稳定性，从而保证了空心活塞产品的稳定性。

将上述空心活塞半成品依次进行机加工、喷砂、喷涂以及机加工，得到空心活塞成品4，如图9所示。具体工艺步骤为：将空心活塞半成品依次进行钻中心孔、粗车外圆、车头部倒角、铣开档、精车外圆、喷砂、喷涂、精磨外圆、粗割总长、精割总长、粗精铣球窝，得到空心活塞成品4。

本发明提供了一种汽车空调压缩机空心活塞，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。本发明还提供了一种汽车空调压缩机空心活塞的生产方法。本发明通过对空心活塞用铝合金中元素的选择和控制，提高了空心活塞的强度和硬度，从而提高了空心活塞的使用性能和使用寿命；进一步通过改进激光焊接工艺，减少了焊缝3微气孔率，提高了焊接拉力，提高了焊接质量，从而提高了空心活塞的使用性能和使用寿命。

本发明按照《GB/T 20975.25-2008铝及铝合金化学分析方法第25部分:电感耦合等离子体原子发射》检测本发明得到的铝合金的组分及含量；本发明按照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》检测本发明得到的铝合金的强度及焊接拉力；本发明按照《来自GB/T 230.1-2009金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T)》检测本发明得到的铝合金的硬度；本发明按照《GB/T3246.2-2012变形铝及铝合金制品组织检验方法第2部分：低倍组织检验方法》对本发明得到的铝合金进行组织观察。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的汽车空调压缩机空心活塞及其生产方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

往坩埚中加入一定质量的纯铝锭，加热至780℃，将纯铝锭熔炼成熔液，然后按照配比依次往所述熔液中加入Al-Cr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Mn中间合金、Al-RE中间合金、Al-Si中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Ti中间合金，升温至840℃，保温6小时，待固态合金全部熔化后搅拌，开启电磁搅拌机，搅拌1小时，并加入0.5％所述熔液质量的复合磷变质剂，然后降温至760℃，按照配比再加入Al-C中间合金、Al-Mg中间合金，再次开启电磁搅拌机，搅拌1小时，用氮气除气20分钟，经化验达到性能指标后，将熔液铸造成铝合金铸锭。所述铝合金铸锭包括以下重量百分比的组分：Si：11％，Cu：3.5％，Mg：0.2％，Ni：0.8％，Cr：0.1％，C：0.1％，Mn：0.08％，Zn：0.4％，Ti：0.14％，RE：0.1％，其余为Al。将制得的铝合金铸锭经轧制产出料棒。

将制得的料棒依次进行下料、热处理、冲筒、热处理、车筒子、车内孔以及清洗，得到空心活塞筒子2。得到的空心活塞筒子2为一端封闭的薄壁圆筒，在筒子封闭端的外侧设置有一个圆柱状工作台201。

将制得的另一根料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、中间割断、车头部以及清洗，得到空心活塞头部1。得到的空心活塞头部1具有为与筒子焊接在一起相应的圆形底面101，圆形底面101上设置有用于实现头部与筒子过盈配合的环形凸台102。环形凸台102外圆周面与垂直于所述圆形底面101的中轴线之间的倾角103角度为20°。

采用特制的气压压坯装置实现头部与筒子过盈配合，三点式定位头部斜面，将筒子及头部采用激光焊接技术焊接，焊接完成得到空心活塞半成品。

将空心活塞半成品依次进行钻中心孔、粗车外圆、车头部倒角、铣开档、精车外圆、喷砂、喷涂、精磨外圆、粗割总长、精割总长、粗精铣球窝，得到空心活塞成品4。

按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行力学性能检测，结果见表2；按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行金相组织观察，结果见图2。

实施例2

往坩埚中加入一定质量的纯铝锭，加热至785℃，将纯铝锭熔炼成熔液，然后按照配比依次往所述熔液中加入Al-Cr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Mn中间合金、Al-RE中间合金、Al-Si中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Ti中间合金，升温至845℃，保温6小时，待固态合金全部熔化后搅拌，开启电磁搅拌机，搅拌1小时，并加入1％所述熔液质量的复合磷变质剂，然后降温至765℃，按照配比再加入Al-C中间合金、Al-Mg中间合金，再次开启电磁搅拌机，搅拌1小时，用氮气除气20分钟，经化验达到性能指标后，将熔液铸造成铝合金铸锭。所述铝合金铸锭包括以下重量百分比的组分：Si：12％，Cu：4.0％，Mg：0.35％，Ni：1.1％，Cr：0.2％，C：0.2％，Mn：0.08％，Zn：0.4％，Ti：0.14％，RE：0.2％，其余为Al。将制得的铝合金铸锭经轧制产出料棒。

将制得的另一根料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、中间割断、车头部以及清洗，得到空心活塞头部1。得到的空心活塞头部1具有为与筒子焊接在一起相应的圆形底面101，圆形底面101上设置有用于实现头部与筒子过盈配合的环形凸台102。环形凸台102外圆周面与垂直于所述圆形底面101的中轴线之间的倾角103角度为30°。

按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行力学性能检测，结果见表2；按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行金相组织观察，结果见图3。

实施例3

往坩埚中加入一定质量的纯铝锭，加热至790℃，将纯铝锭熔炼成熔液，然后按照配比依次往所述熔液中加入Al-Cr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Mn中间合金、Al-RE中间合金、Al-Si中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Ti中间合金，升温至850℃，保温6小时，待固态合金全部熔化后搅拌，开启电磁搅拌机，搅拌1小时，并加入2％所述熔液质量的复合磷变质剂，然后降温至770℃，按照配比再加入Al-C中间合金、Al-Mg中间合金，再次开启电磁搅拌机，搅拌1小时，用氮气除气20分钟，经化验达到性能指标后，将熔液铸造成铝合金铸锭。所述铝合金铸锭包括以下重量百分比的组分：Si：13％，Cu：4.5％，Mg：0.5％，Ni：1.5％，Cr：0.3％，C：0.3％，Mn：0.08％，Zn：0.4％，Ti：0.14％，RE：0.3％，其余为Al。将制得的铝合金铸锭经轧制产出料棒。

将制得的另一根料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、中间割断、车头部以及清洗，得到空心活塞头部1。得到的空心活塞头部1具有为与筒子焊接在一起相应的圆形底面101，圆形底面101上设置有用于实现头部与筒子过盈配合的环形凸台102。环形凸台102外圆周面与垂直于所述圆形底面101的中轴线之间的倾角103角度为40°。

按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行力学性能检测，结果见表2；按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行金相组织观察，结果见图4。

对比例1

往坩埚中加入一定质量的纯铝锭，加热至780℃，将纯铝锭熔炼成熔液，然后按照配比依次往所述熔液中加入Al-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Si中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Ti中间合金，升温至840℃，保温6小时，待固态合金全部熔化后搅拌，开启电磁搅拌机，搅拌1小时，并加入1％所述熔液质量的复合磷变质剂，然后降温至760℃，按照配比再加入Al-Mg中间合金，再次开启电磁搅拌机，搅拌1小时，用氮气除气20分钟，经化验达到性能指标后，将熔液铸造成铝合金铸锭。所述铝合金铸锭包括以下重量百分比的组分：Si：11％、Cu：2％、Mg：0.5％、Ni：0.3％、Mn：0.1％、Zn：0.5％、Ti：0.15％，其余为Al。将制得的铝合金铸锭经轧制产出料棒。

将制得的另一根料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、中间割断、车头部以及清洗，得到空心活塞头部1。得到的空心活塞头部1具有为与筒子焊接在一起相应的圆形底面101，圆形底面101上设置有用于实现头部与筒子过盈配合的环形凸台102。环形凸台102外圆周面与垂直于所述圆形底面101的中轴线平行。

将筒子及头部采用激光焊接技术焊接，焊接完成得到空心活塞半成品。

按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行力学性能检测，结果见表2；按照上述标准方法对本实施例得到空心活塞进行金相组织观察，结果见图1。

由图1～图4可得，相对于对比例1所得铝合金的金相组织图，实施例1～3所得空心活塞用铝合金的组织晶粒细小，再结晶组织增多，且成分偏析得到一定消除，组织趋于均匀。

表1 Cu含量对铝合金激光焊接微气孔率的影响

由表1可得，Cu含量在3.5～4.5％的范围内，焊缝中微气孔率呈现出先下降后上升的趋势，当Cu含量在4.0％时，微气孔率最低。

表2实施例制备的空心活塞的力学性能测试数据表

实施例

抗拉强度(Rm/MPa)

屈服强度(Rp0.2/Mpa)

延伸率(A％)

硬度(HRB)

焊接拉力/KN

实施例1	323	264	8.50	78.4	22.2
						实施例2	357	293	9.50	84	23
实施例3	319	271	8.70	79.2	22.5
						对比例1	240	245	7.0	70	20

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims

1.一种汽车空调压缩机空心活塞，其特征在于，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。

2.根据权利要求1所述的空心活塞，其特征在于，所述Cu的重量百分比为3.7～4.3％。

3.根据权利要求1所述的空心活塞，其特征在于，所述Ni的重量百分比为1.0～1.3％。

4.根据权利要求1所述的空心活塞，其特征在于，所述Cr的重量百分比为0.15～0.25％。

5.根据权利要求1所述的空心活塞，其特征在于，所述C的重量百分比为0.15～0.25％。

6.根据权利要求1所述的空心活塞，其特征在于，所述RE的重量百分比为0.15～0.25％。

7.权利要求1～6任意一项所述汽车空调压缩机空心活塞的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，所述步骤1)铝合金铸锭中Cu的重量百分比为4.0％。

9.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，所述筒子为一端封闭的薄壁圆筒，所述筒子封闭端的外侧设置有一个圆柱状工作台；所述头部包括为与所述筒子焊接在一起相应的圆形底面，所述圆形底面上设置有用于实现所述头部与筒子过盈配合的环形凸台，所述环形凸台外圆周面与垂直于所述圆形底面的中轴线之间的倾角角度为20°～40°。