CN111074108A - 一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺 - Google Patents

一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，本发明具体包括以下步骤：S1、原料的选取和称量，S2、基体合金材料的冶炼，S3、预混料的配制，S4、复合料的高温精炼，S5、复合材料的保温式浇注，S6、成形后处理，本发明涉及铸造技术领域。该铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，可实现采用热保温法对复合材料进行转移，很好的达到了通过使熔融复合材料保持初始熔融温度进入模具型腔内，来进行快速冷却处理的目的，保证了熔融材料在进入模具型腔内温度为初始温度，防止得到材料内的分子之间产生冷却温差间隙，确保了严活塞复合材料具有良好的机械性能，使活塞生产的不良率大大降低，从而对活塞的铸造十分有益。

Description

一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体为一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺。
背景技术
活塞是汽车发动机汽缸体中作往复运动的机件，活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部，活塞顶部是组成燃烧室的主要部分，其形状与所选用的燃烧室形式有关。汽油机多采用平顶活塞，其优点是吸热面积小，柴油机活塞顶部常常有各种各样的凹坑，其具体形状、位置和大小都必须与柴油机的混合气形成与燃烧的要求相适应。整个活塞主要可以分为活塞顶、活塞头和活塞裙3个部分，活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴。此外，活塞还与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室，活塞顶是燃烧室的组成部分，因而常制成不同的形状，汽油机活塞顶多采用平顶或凹顶，以便使燃烧室结构紧凑，散热面积小，制造工艺简单。凸顶活塞常用于二行程汽油机，柴油机的活塞顶常制成各种凹坑，活塞大多是通过合金材料铸造而成。随着材料科学的不断发展，现今大多使用铝基陶瓷复合材料，来代替单一的合金材料，来提高活塞的耐磨、耐冲击和耐腐蚀性能。
目前在进行铸造过程中，大多先将合金基材与复合材料进行混合，然后直接将复合材料浇铸到模具型腔内，然而，这样的铸造方法在将复合材料从熔炉内转移模具型腔内时，会出现熔融材料降温明显，使熔融材料在进入模具型腔内使温度明显降低，从而得到材料内的分子之间产生冷却温差间隙，从而严重影响材料的机械性能，使活塞生产的不良率大大提高，不能实现采用热保温法对复合材料进行转移，无法达到通过使熔融复合材料保持初始熔融温度进入模具型腔内，来进行快速冷却处理的目的，从而给活塞的铸造带来极大不便。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，解决了现有的铸造方法在将复合材料从熔炉内转移模具型腔内时，会出现熔融材料降温明显，使熔融材料在进入模具型腔内使温度明显降低，从而得到材料内的分子之间产生冷却温差间隙，从而严重影响材料的机械性能，使活塞生产的不良率大大提高，不能实现采用热保温法对复合材料进行转移，无法达到通过使熔融复合材料保持初始熔融温度进入模具型腔内，来进行快速冷却处理目的的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，具体包括以下步骤：
S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的基体材料、三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒，并将量取的各个成份存放至存储罐中进行保存，以备制备使用；
S2、基体合金材料的冶炼：将步骤S1量取的基体材料倒入熔炼设备中，然后启动熔炼设备，使熔炼设备升温至700-800℃，保持温度15-30min，从而使熔炼设备内的基体材料熔化变质，然后使熔炼设备的温度升高至900-1000℃，保持温度10-15min，完成对基体材料的精炼，从而得到精炼基体合金材料；
S3、预混料的配制：将步骤S1量取的三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒依次加入到步骤S2制备的精炼基体合金材料内，然后采用搅拌设备以转速为300-400r/min搅拌30-40min，使各个微粉颗粒能够与合金材料在基体材料内进行分散反应生成陶瓷增强相，反应温度为560-680℃，从而得到预混料；
S4、复合料的高温精炼：将步骤S3得到的预混料所处的熔炼设备的温度提升至800-900℃，然后保持10-15min，使各陶瓷微粉材料能够进行充分熔炼混合，从而得到精炼复合料；
S5、复合材料的保温式浇注：将步骤S4得到的精炼复合料通过自加热式隔热管道注入活塞模具内，此时启动自加热式隔热管道内的电磁涡流加热组件，使整段管道内壁的温度加热至680-720℃范围之间，然后再使复合料从熔炼设备内缓慢的通入管道内，管道的另一端连接活塞模具内的型腔，从而完成复合材料的保温式浇注；
S6、成形后处理：然后通过冷却设备对活塞模具内的复合材料进行冷却处理，冷却完成后即可开模，将铸造完成后的活塞胚取出，然后再进行清洗、切削、打磨涂油后处理。
优选的，所述步骤S1中铝基陶瓷复合材料活塞的组成成份按重量比份包括：基体材料50-70份、三氧化二铝微粉颗粒5-10份、二氧化硅粉末颗粒5-10份以及石墨烯粉末颗粒5-10份。
优选的，所述步骤S3中在进行预混时，熔炼设备的温度保持在720-740℃范围内。
优选的，所述步骤S1中基体材料是选用型号为A380的铝硅铜铝基合金，铝硅铜铝基合金是一种高强度的压铸铝合金，是普通铝硅合金(我国的诸如:ZL107、Y112、ADC10、ADC12、380、A380和B390)的分支，但由于铝硅铜铝基合金相对于普通铝硅合金而言，具有良好的填充性,铝硅铜铝基合金的填充性比普通铝硅合金的填充性要好得多。
优选的，所述步骤S1中三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒的直径均为10-15um。
优选的，所述步骤S2中熔炼设备是选用电磁式金属熔炼炉。
(三)有益效果
本发明提供了一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺。与现有技术相比具备以下有益效果：该铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，具体包括以下步骤：S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的基体材料、三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒，并将量取的各个成份存放至存储罐中进行保存，以备制备使用，S2、基体合金材料的冶炼：将步骤S1量取的基体材料倒入熔炼设备中，然后启动熔炼设备，使熔炼设备升温至700-800℃，保持温度15-30min，S3、预混料的配制：将步骤S1量取的三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒依次加入到步骤S2制备的精炼基体合金材料内，S4、复合料的高温精炼：将步骤S3得到的预混料所处的熔炼设备的温度提升至800-900℃，然后保持10-15min，使各陶瓷微粉材料能够进行充分熔炼混合，从而得到精炼复合料，S5、复合材料的保温式浇注：将步骤S4得到的精炼复合料通过自加热式隔热管道注入活塞模具内，此时启动自加热式隔热管道内的电磁涡流加热组件，S6、成形后处理：然后通过冷却设备对活塞模具内的复合材料进行冷却处理，冷却完成后即可开模，将铸造完成后的活塞胚取出，然后再进行清洗、切削、打磨涂油后处理，可实现采用热保温法对复合材料进行转移，很好的达到了通过使熔融复合材料保持初始熔融温度进入模具型腔内，来进行快速冷却处理的目的，避免了将复合材料从熔炉内转移模具型腔内时，会出现熔融材料降温明显的情况发生，保证了熔融材料在进入模具型腔内温度为初始温度，防止得到材料内的分子之间产生冷却温差间隙，确保了严活塞复合材料具有良好的机械性能，使活塞生产的不良率大大降低，从而对活塞的铸造十分有益。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供三种技术方案：一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，具体包括以下实施例：
实施例1
S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的50-70份基体材料、5-10份三氧化二铝微粉颗粒、5-10份二氧化硅粉末颗粒以及5-10份石墨烯粉末颗粒，并将量取的各个成份存放至存储罐中进行保存，以备制备使用，基体材料是选用铝硅铜铝基合金，三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒的直径均为10-15um；
S2、基体合金材料的冶炼：将步骤S1量取的基体材料倒入熔炼设备中，然后启动熔炼设备，使熔炼设备升温至700-800℃，保持温度15-30min，从而使熔炼设备内的基体材料熔化变质，然后使熔炼设备的温度升高至900-1000℃，保持温度10-15min，完成对基体材料的精炼，从而得到精炼基体合金材料，熔炼设备是选用电磁式金属熔炼炉；
S3、预混料的配制：将步骤S1量取的三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒依次加入到步骤S2制备的精炼基体合金材料内，然后采用搅拌设备以转速为300-400r/min搅拌30-40min，使各个微粉颗粒能够与合金材料在基体材料内进行分散反应生成陶瓷增强相，反应温度为600℃，从而得到预混料，在进行预混时，熔炼设备的温度保持在720-740℃范围内；
S4、复合料的高温精炼：将步骤S3得到的预混料所处的熔炼设备的温度提升至800-900℃，然后保持10-15min，使各陶瓷微粉材料能够进行充分熔炼混合，从而得到精炼复合料；
S5、复合材料的保温式浇注：将步骤S4得到的精炼复合料通过自加热式隔热管道注入活塞模具内，此时启动自加热式隔热管道内的电磁涡流加热组件，使整段管道内壁的温度加热至680-720℃范围之间，然后再使复合料从熔炼设备内缓慢的通入管道内，管道的另一端连接活塞模具内的型腔，从而完成复合材料的保温式浇注；
S6、成形后处理：然后通过冷却设备对活塞模具内的复合材料进行冷却处理，冷却完成后即可开模，将铸造完成后的活塞胚取出，然后再进行清洗、切削、打磨涂油后处理。
实施例2
S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的50-70份基体材料、5-10份三氧化二铝微粉颗粒、5-10份二氧化硅粉末颗粒以及5-10份石墨烯粉末颗粒，并将量取的各个成份存放至存储罐中进行保存，以备制备使用，基体材料是选用铝硅铜铝基合金，三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒的直径均为10-15um；
S2、基体合金材料的冶炼：将步骤S1量取的基体材料倒入熔炼设备中，然后启动熔炼设备，使熔炼设备升温至700-800℃，保持温度15-30min，从而使熔炼设备内的基体材料熔化变质，然后使熔炼设备的温度升高至900-1000℃，保持温度10-15min，完成对基体材料的精炼，从而得到精炼基体合金材料，熔炼设备是选用电磁式金属熔炼炉；
S3、预混料的配制：将步骤S1量取的三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒依次加入到步骤S2制备的精炼基体合金材料内，然后采用搅拌设备以转速为300-400r/min搅拌30-40min，使各个微粉颗粒能够与合金材料在基体材料内进行分散反应生成陶瓷增强相，反应温度为560℃，从而得到预混料，在进行预混时，熔炼设备的温度保持在720-740℃范围内；
S4、复合料的高温精炼：将步骤S3得到的预混料所处的熔炼设备的温度提升至800-900℃，然后保持10-15min，使各陶瓷微粉材料能够进行充分熔炼混合，从而得到精炼复合料；
S5、复合材料的保温式浇注：将步骤S4得到的精炼复合料通过自加热式隔热管道注入活塞模具内，此时启动自加热式隔热管道内的电磁涡流加热组件，使整段管道内壁的温度加热至680-720℃范围之间，然后再使复合料从熔炼设备内缓慢的通入管道内，管道的另一端连接活塞模具内的型腔，从而完成复合材料的保温式浇注；
S6、成形后处理：然后通过冷却设备对活塞模具内的复合材料进行冷却处理，冷却完成后即可开模，将铸造完成后的活塞胚取出，然后再进行清洗、切削、打磨涂油后处理。
实施例3
S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的50-70份基体材料、5-10份三氧化二铝微粉颗粒、5-10份二氧化硅粉末颗粒以及5-10份石墨烯粉末颗粒，并将量取的各个成份存放至存储罐中进行保存，以备制备使用，基体材料是选用铝硅铜铝基合金，三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒的直径均为10-15um；
S2、基体合金材料的冶炼：将步骤S1量取的基体材料倒入熔炼设备中，然后启动熔炼设备，使熔炼设备升温至700-800℃，保持温度15-30min，从而使熔炼设备内的基体材料熔化变质，然后使熔炼设备的温度升高至900-1000℃，保持温度10-15min，完成对基体材料的精炼，从而得到精炼基体合金材料，熔炼设备是选用电磁式金属熔炼炉；
S3、预混料的配制：将步骤S1量取的三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒依次加入到步骤S2制备的精炼基体合金材料内，然后采用搅拌设备以转速为300-400r/min搅拌30-40min，使各个微粉颗粒能够与合金材料在基体材料内进行分散反应生成陶瓷增强相，反应温度为680℃，从而得到预混料，在进行预混时，熔炼设备的温度保持在720-740℃范围内；
S4、复合料的高温精炼：将步骤S3得到的预混料所处的熔炼设备的温度提升至800-900℃，然后保持10-15min，使各陶瓷微粉材料能够进行充分熔炼混合，从而得到精炼复合料；
S5、复合材料的保温式浇注：将步骤S4得到的精炼复合料通过自加热式隔热管道注入活塞模具内，此时启动自加热式隔热管道内的电磁涡流加热组件，使整段管道内壁的温度加热至680-720℃范围之间，然后再使复合料从熔炼设备内缓慢的通入管道内，管道的另一端连接活塞模具内的型腔，从而完成复合材料的保温式浇注；
S6、成形后处理：然后通过冷却设备对活塞模具内的复合材料进行冷却处理，冷却完成后即可开模，将铸造完成后的活塞胚取出，然后再进行清洗、切削、打磨涂油后处理。
综上所述
本发明可实现采用热保温法对复合材料进行转移，很好的达到了通过使熔融复合材料保持初始熔融温度进入模具型腔内，来进行快速冷却处理的目的，避免了将复合材料从熔炉内转移模具型腔内时，会出现熔融材料降温明显的情况发生，保证了熔融材料在进入模具型腔内温度为初始温度，防止得到材料内的分子之间产生冷却温差间隙，确保了严活塞复合材料具有良好的机械性能，使活塞生产的不良率大大降低，从而对活塞的铸造十分有益。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的基体材料、三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒，并将量取的各个成份存放至存储罐中进行保存，以备制备使用；
S2、基体合金材料的冶炼：将步骤S1量取的基体材料倒入熔炼设备中，然后启动熔炼设备，使熔炼设备升温至700-800℃，保持温度15-30min，从而使熔炼设备内的基体材料熔化变质，然后使熔炼设备的温度升高至900-1000℃，保持温度10-15min，完成对基体材料的精炼，从而得到精炼基体合金材料；
S3、预混料的配制：将步骤S1量取的三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒依次加入到步骤S2制备的精炼基体合金材料内，然后采用搅拌设备以转速为300-400r/min搅拌30-40min，使各个微粉颗粒能够与合金材料在基体材料内进行分散反应生成陶瓷增强相，反应温度为560-680℃，从而得到预混料；
S4、复合料的高温精炼：将步骤S3得到的预混料所处的熔炼设备的温度提升至800-900℃，然后保持10-15min，使各陶瓷微粉材料能够进行充分熔炼混合，从而得到精炼复合料；
S5、复合材料的保温式浇注：将步骤S4得到的精炼复合料通过自加热式隔热管道注入活塞模具内，此时启动自加热式隔热管道内的电磁涡流加热组件，使整段管道内壁的温度加热至680-720℃范围之间，然后再使复合料从熔炼设备内缓慢的通入管道内，管道的另一端连接活塞模具内的型腔，从而完成复合材料的保温式浇注；
S6、成形后处理：然后通过冷却设备对活塞模具内的复合材料进行冷却处理，冷却完成后即可开模，将铸造完成后的活塞胚取出，然后再进行清洗、切削、打磨涂油后处理。
2.根据权利要求1所述的一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，其特征在于：所述步骤S1中铝基陶瓷复合材料活塞的组成成份按重量比份包括：基体材料50-70份、三氧化二铝微粉颗粒5-10份、二氧化硅粉末颗粒5-10份以及石墨烯粉末颗粒5-10份。
3.根据权利要求1所述的一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，其特征在于：所述步骤S3中在进行预混时，熔炼设备的温度保持在720-740℃范围内。
4.根据权利要求1所述的一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，其特征在于：所述步骤S1中基体材料是选用型号为A380的铝硅铜铝基合金。
5.根据权利要求1所述的一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，其特征在于：所述步骤S1中三氧化二铝微粉颗粒、二氧化硅粉末颗粒以及石墨烯粉末颗粒的直径均为10-15um。
6.根据权利要求1所述的一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造工艺，其特征在于：所述步骤S2中熔炼设备是选用电磁式金属熔炼炉。
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