CN113084457A - 一种活塞的金相强化制造方法 - Google Patents
一种活塞的金相强化制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113084457A CN113084457A CN202110388110.XA CN202110388110A CN113084457A CN 113084457 A CN113084457 A CN 113084457A CN 202110388110 A CN202110388110 A CN 202110388110A CN 113084457 A CN113084457 A CN 113084457A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piston
- welding
- percent
- strengthened
- combustion chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 155
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 82
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 33
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 9
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 2
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910000905 alloy phase Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- VYQRBKCKQCRYEE-UHFFFAOYSA-N ctk1a7239 Chemical compound C12=CC=CC=C2N2CC=CC3=NC=CC1=C32 VYQRBKCKQCRYEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
- B23K10/02—Plasma welding
- B23K10/027—Welding for purposes other than joining, e.g. build-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
本发明提供了一种活塞的金相强化制造方法，包括以下步骤，在铸造或锻造活塞毛坯后，粗加工，在待强化部位留有加工余量2mm‑4mm，待强化部位包括活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角；采用干冰对待强化部位进行清洁；对待强化部位进行无焊丝焊接强化处理，强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°；金相强化处理后的活塞加工至成品。通过本发明的技术方案，对活塞进行局部金相强化，提高该部位的性能，使得强化部位达到或超过增加陶瓷复合材料、铜套、铸铁耐磨环的作用，减少燃烧室喉口开裂、销孔开裂、环槽脱落等局部失效现象的发生。
Description
技术领域
本发明涉及活塞强化技术领域，具体而言，涉及一种活塞的金相强化制造方法。
背景技术
载重汽车、工程机械、铁路机车以及乘用车发动机都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，排放要求越来越严格。为了满足新的要求，发动机活塞从材料到结构均作出了较大调整，使得活塞整体性能得以提高，但随着排放标准持续增加，活塞局部失效的状况开始增加，为提高活塞局部的性能，类似燃烧室喉口重熔强化技术开始应用，但这些技术应用面较窄，不能满足新型活塞的所有设计要求。
目前发动机活塞制造时，采用的均是重力铸造，或低压铸造，或高压铸造，甚或采用锻造的方式，但这些方式均是对活塞整体性能进行改进提高，而活塞在发动机中运动时，主要失效模式有几个，一是燃烧室喉口开裂失效，二是销孔开裂失效，三是环槽脱落失效等等，这些失效模式均属于局部失效导致的活塞整体失效，为了增强这些部位的可靠性，多采用局部增强的方式，例如燃烧室喉口部位采用陶瓷复合材料替代或采用喉口重熔技术增强，在销孔部位镶嵌铜套，环槽部位采用铸铁耐磨环等等，这些方法存在许多弊端，还需要增添很多工序及检测手段进行控制，尤其属于不同材质之间的结合，结合力相对较低，很容易出现脱落失效。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提供一种活塞的金相强化制造方法，采用TIG焊接、等离子焊接、激光焊接的方式，对活塞所有的薄弱部位进行局部金相强化，提高该部位的性能，使得强化部位达到或超过增加陶瓷复合材料、铜套、铸铁耐磨环的作用，减少燃烧室喉口开裂失效、销孔开裂失效、环槽脱落失效等局部失效现象的发生。
为了实现上述目的，本发明的第一方面的技术方案提供了一种活塞的金相强化制造方法，适用于铝合金、镁合金、铸铁或锻钢材质的活塞，包括以下步骤：在铸造或锻造活塞毛坯后，粗加工，在待强化部位留有加工余量2mm-4mm，所述待强化部位包括活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角；采用干冰对所述待强化部位进行清洁；对所述待强化部位进行无焊丝焊接强化处理，强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°；金相强化处理后的活塞加工至成品。
在上述技术方案中，优选地，焊接强化处理的焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述焊接强化处理为TIG焊接，焊接电流为140～280A；或者激光焊接，焊接功率为2000～7000W；或者等离子焊接，焊接电流为1～80A。
通过上述金相强化工艺，使得强化部位得到更为细化的合金组织，显微组织将发生显著改变，铝合金中的硅元素由由较大的块状初晶硅转变为细小的块状或点状初晶硅，初晶硅尺寸平均不大于20μm，并且能均匀的分散在重熔强化组织中，可以有效的提高该部位的耐磨性，使得该部位的摩擦系数小于0.11。合金相也可细化至接近原尺寸的1/10，可以有效的提高该部位的强度，其中α相宽度≤40μm，高温疲劳强度比强化前提高30％，显微硬度也得到了增强，约是本体的硬度的1.3倍以上。
本发明的第二方面的技术方案提供了一种活塞的金相强化制造方法，适用于铝合金活塞，包括以下步骤：在铸造或锻造活塞毛坯后，粗加工，在待强化部位留有加工余量2mm-4mm，所述待强化部位包括活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角；采用干冰对所述待强化部位进行清洁；采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理，强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°，送丝速度为200～500mm/min，其中，特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：硅(Si)11％-19％，铜(Cu)2％-5％，镍(Ni)1.5％-4％，铁(Fe)0.3％-0.7％，钛(Ti)0.1％-0.2％，锰(Mn)0.1％-0.3％，铝(Al)其余；金相强化处理后的活塞加工至成品。
在该技术方案中，通过填加特制活塞合金焊丝，可以使得该待强化部位的性能得到特殊强化，针对性提升活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角的局部性能。
在上述技术方案中，优选地，所述特制活塞合金焊丝还包括包括以下重量百分比组分：铬(Cr)0.1％-0.3％，钒(V)0.05％-0.25％，锆(Zr)0.05％-0.25％，所述特制活塞合金焊丝挤压铸造成型。
在上述任一项技术方案中，优选地，采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理时，当所述待强化部位为活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞销孔内倒角中的任意一种时，采用的所述特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：Si 11％-14％，Cu 3.5％-4％，Ni 2.5％-4％，Fe 0.5％-0.7％，Ti 0.15％，Mn 0.2％-0.3％，Cr 0.2％-0.3％，V 0.15％-0.25％，Zr 0.15％-0.25％，Al其余。
在该技术方案中，对活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞销孔内倒角采用特制活塞合金焊丝进行特种强化后，形成特种焊缝，焊缝处的金相由于填加大量高温抗性金属，形成大量的高温合金相，并通过极速冷却使得合金相非常细小，使性能得到极大提高，尤其350℃的高温疲劳强度在原来基础上提升50％，高温延伸率提升30％，抗热疲劳寿命可提高5～7倍。
在上述任一项技术方案中，优选地，采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理时，当所述待强化部位为活塞环槽时，采用的所述特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：Si 14％-16％，Cu2％-3.5％，Ni 1.5％-2.5％，Fe 0.3％-0.5％，Ti0.15％，Mn 0.1％-0.2％，Cr0.1％-0.2％，V 0.05％-0.15％，Zr 0.05％-0.15％，Al其余。
在该技术方案中，特制活塞合金焊丝含有较高含量的硅，可以形成大量的初晶硅和共晶硅组织，硅元素具有较高的耐磨性，可以使强化部位的耐磨性得到极大的增强，摩擦系数从0.11下降至低于0.10，显微硬度也得到进一步增强，约是本体的硬度的1.5倍以上。
在上述任一项技术方案中，优选地，采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理时，当所述待强化部位为活塞环槽时，采用的所述特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：Si 17％-19％，Cu 3.5％，Ni 2.5％，Fe 0.5％，Ti 0.15％，Mn0.25％，Al其余。
在该技术方案中，特制活塞合金焊丝含有较高含量的硅，且组分简单，可以形成大量的初晶硅和共晶硅组织，硅元素具有较高的耐磨性，可以使强化部位的耐磨性得到极大的增强，摩擦系数从0.11下降至低于0.10，显微硬度也得到进一步增强，约是本体的硬度的1.5倍以上。
铝合金活塞环槽进行特种强化，可以采用不同硅含量的焊丝，形成不同的特种焊缝，改变后续加工特性。
在上述任一项技术方案中，优选地，焊接强化处理的焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min，所述焊接强化处理为TIG焊接，焊接电流为140～280A；或者激光焊接，焊接功率为2000～7000W；或者等离子焊接，焊接电流为1～80A。
在上述任一项技术方案中，优选地，对所述待强化部位通过无焊丝焊接进行二次强化，二次强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°，焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min。
在该技术方案中，通过无焊丝焊接进行二次强化，使得强化部位的金相组织得到进一步细化和均匀分布，采用特制活塞合金焊丝使得材料从本质上性能得到强化，但由于焊丝是外部添加物，与本体材料可能出现融合不均匀现象，使得性能提升出现偏差，在经过二次强化，将使强化部位的材质得到进一步均匀化处理，使得强化部位的金相组织更细致均匀，强化后性能能进一步提升5％～10％。
本发明提出的一种活塞的金相强化制造方法具有以下有益技术效果：
(1)该活塞的金相强化制造方法，采用金相强化技术，使得强化部位活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角得到更为细化的合金组织，显微组织将发生显著改变，铝合金中的硅元素由由较大的块状初晶硅转变为细小的块状或点状初晶硅，初晶硅尺寸平均不大于20μm，并且能均匀的分散在重熔强化组织中，可以有效的提高该部位的耐磨性，使得该部位的摩擦系数小于0.11。
(2)该活塞的金相强化制造方法可将合金相细化至接近原尺寸的1/10，可以有效的提高该部位的强度，其中α相宽度≤40μm，高温疲劳强度比强化前提高30％，显微硬度也得到了增强，约是本体的硬度的1.3倍以上。
(3)通过填加特制活塞合金焊丝可以使该强化部位的性能得到特殊强化，焊丝中的硅组分可以提高特种焊缝出的硅含量，增加耐磨性，使得该部位的摩擦系数小于0.10，显微硬度也得到了进一步增强，约是本体的硬度的1.5倍以上，可以替代铸铁耐磨环；焊丝中的铜、镍组分可以大幅增加强化部位的高温性能，350℃的高温疲劳强度提升50％；焊丝中的锰、铁、铬可以改善高温性能，增加合金韧性，高温延伸率提升30％，降低应力腐蚀开裂敏感性，抗热疲劳寿命可提高3～7倍。
(4)在通过特制活塞合金焊丝强化之后通过无焊丝焊接进行二次强化，使得强化部位的金相组织得到进一步细化和均匀分布，在经过二次强化，将使强化部位的材质得到进一步均匀化处理，使得强化部位的金相组织更细致均匀，强化后性能能进一步提升5％～10％。
(5)本发明提出的一种活塞的金相强化制造方法采用TIG焊接、等离子焊接、激光焊接的方式，对活塞所有的薄弱部位活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角，进行局部金相强化，提高该部位的性能，使得强化部位达到或超过增加陶瓷复合材料、铜套、铸铁耐磨环的作用，减少了燃烧室喉口开裂失效、销孔开裂失效、环槽脱落失效等局部失效现象的发生。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型强化焊缝的活塞结构示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型强化焊缝的活塞燃烧室顶部中间部位主视图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型强化焊缝的活塞燃烧室顶部中间部位俯视图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型多道强化焊缝的活塞燃烧室顶部中间部位主视图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型多道强化焊缝的活塞燃烧室顶部中间部位俯视图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型特种焊缝的活塞结构示意图；
图7示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型特种焊缝的活塞燃烧室顶部中间部位主视图；
图8示出了根据本发明的一个实施例的活塞的金相强化制造方法制造的含有成型多道特种焊缝的活塞燃烧室顶部中间部位主视图，
其中，图1至图8中附图标记与部件之间的对应关系为：
102活塞燃烧室顶角，104活塞燃烧室喉口，106活塞燃烧室底部，108活塞环槽，110活塞销孔内倒角，112活塞燃烧室顶部中间位置。
具体实施方式
本发明公开了一种活塞的金相强化制造方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
一种活塞的金相强化制造方法，适用于铝合金、镁合金、铸铁或锻钢材质的活塞，包括以下步骤：
S101，对于发动机活塞，在铸造或者锻造活塞毛坯后，活塞粗加工至金相强化前尺寸，待强化部位需留有加工余量2mm-4mm；
S102，采用干冰对待强化部位进行清洁；
S103，采用TIG焊接或者等离子焊接或者激光焊接对活塞需要金相强化部位直接进行强化处理，强化处理的工件预热温度150℃～400℃，焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min，焊接角度为10°～90°，TIG焊焊接电流为140～280A,激光焊接功率2000～7000W，等离子焊接电流1～80A；
S104，金相强化处理后的活塞加工至成品。
待强化部位包括活塞燃烧室顶角102、活塞燃烧室喉口104、活塞燃烧室底部106、活塞燃烧室顶部中间位置112、活塞环槽108、活塞销孔内倒角110，其中，活塞燃烧室顶角102、活塞燃烧室喉口104、活塞燃烧室底部106、活塞环槽108、活塞销孔内倒角110的强化焊缝效果如图1所示。活塞燃烧室顶部中间位置112的强化焊缝效果如图2和图3所示。该金相强化可以重复进行，得到多道强化焊缝，活塞燃烧室顶部中间位置112的多道强化焊缝效果如图4和图5所示。
活塞燃烧室顶角102、活塞燃烧室喉口104、活塞燃烧室底部106、活塞燃烧室顶部中间位置112、活塞环槽108、活塞销孔内倒角110，强化后形成强化焊缝，焊缝处的金相得到大幅度细化，性能得到提高。铝合金中的硅元素由较大的块状初晶硅转变为细小的块状或点状初晶硅，初晶硅尺寸平均不大于20μm；并且能均匀的分散在重熔强化组织中，可以有效的提高该部位的耐磨性，使得该部位的摩擦系数小于0.11；合金相也可细化至接近原尺寸的1/10，其中α相宽度≤40μm,可以有效的提高该部位的强度，高温疲劳强度比强化前提高30％；显微硬度也得到了增强，约是本体的硬度的1.3倍以上。抗热疲劳寿命可提高3～5倍。
实施例2
一种活塞的金相强化制造方法，适用于铝合金活塞，包括以下步骤：
S201，对于发动机活塞，在铸造或者锻造活塞毛坯后，活塞粗加工至金相强化前尺寸，待强化部位需留有加工余量2mm-4mm；
S202，采用干冰对待强化部位进行清洁；
S203，采用TIG焊接或者等离子焊接或者激光焊接，填加特制活塞合金焊丝，进行局部金相强化处理，强化处理的工件预热温度150℃～400℃，焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min，焊接角度为10°～90°，TIG焊焊接电流为140～280A，激光焊接功率2000～7000W，等离子焊接电流1～80A，送丝速度为200～500mm/min，依据不同材质、不同部位的不同要求，可以在此范围内进行微调整，得到较佳效果，第一种特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：Si 11％-14％，Cu 3.5％-4％，Ni2.5％-4％，Fe 0.5％-0.7％，Ti 0.15％，Mn 0.2％-0.3％，Cr 0.2％-0.3％，V 0.15％-0.25％，Zr 0.15％-0.25％，Al其余。采用第一种特制活塞合金焊丝对活塞燃烧室顶角102、活塞燃烧室喉口104、活塞燃烧室底部106、活塞燃烧室顶部中间位置112、活塞销孔内倒角110进行特种强化。第二种特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：Si 14％-16％，Cu2％-3.5％，Ni 1.5％-2.5％，Fe 0.3％-0.5％，Ti 0.15％，Mn0.1％-0.2％，Cr 0.1％-0.2％，V 0.05％-0.15％，Zr 0.05％-0.15％，Al其余。或者Si 17％-19％，Cu 3.5％，Ni2.5％，Fe 0.5％，Ti 0.15％，Mn 0.25％，Al其余。采用第二种特制活塞合金焊丝对活塞环槽108进行特种强化。
S204，金相强化处理后的活塞加工至成品。
采用第一种特制活塞合金焊丝对活塞燃烧室顶角102、活塞燃烧室喉口104、活塞燃烧室底部106、活塞燃烧室顶部中间位置112、活塞销孔内倒角110进行特种强化，形成特种焊缝，如图6、图7所示。焊缝处的金相由于填加大量高温抗性金属，形成大量的高温合金相，并通过极速冷却使得合金相非常细小，使性能得到极大提高，尤其350℃的高温疲劳强度在原来基础上提升50％，高温延伸率提升30％，抗热疲劳寿命可提高5～7倍。采用第二种特制活塞合金焊丝对活塞环槽108进行特种强化，形成特种焊缝，如图6所示，首先具备强化作用，其次，填加的焊丝中含有较高含量的硅，可以形成大量的初晶硅和共晶硅组织，硅元素具有较高的耐磨性，可以使强化部位的耐磨性得到极大的增强，摩擦系数从0.11下降至低于0.10，显微硬度也得到进一步增强，约是本体的硬度的1.5倍以上。金相强化可以重复进行，得到多道特种焊缝，活塞燃烧室顶部中间位置112的多道特种焊缝效果如图8所示。
实施例3
在实施例2的基础上，在对铝合金活塞通过填加特制活塞合金焊丝，进行局部金相强化处理之后再进行二次强化，具体为通过无焊丝焊接进行二次强化，二次强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°，焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min。
通过二次强化，使得强化部位的金相组织得到进一步细化和均匀分布，使强化部位的材质得到进一步均匀化处理，使得强化部位的金相组织更细致均匀，强化后性能将进一步提升5％～10％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种活塞的金相强化制造方法，其特征在于，适用于铝合金、镁合金、铸铁或锻钢材质的活塞，包括以下步骤：
在铸造或锻造活塞毛坯后，粗加工，在待强化部位留有加工余量2mm-4mm，所述待强化部位包括活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角；
采用干冰对所述待强化部位进行清洁；
对所述待强化部位进行无焊丝焊接强化处理，强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°；
金相强化处理后的活塞加工至成品。
2.根据权利要求2所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，
焊接强化处理的焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min。
3.根据权利要求3所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，所述焊接强化处理为TIG焊接，焊接电流为140～280A；
或者激光焊接，焊接功率为2000～7000W；
或者等离子焊接，焊接电流为1～80A。
4.一种活塞的金相强化制造方法，其特征在于，适用于铝合金活塞，包括以下步骤：
在铸造或锻造活塞毛坯后，粗加工，在待强化部位留有加工余量2mm-4mm，所述待强化部位包括活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞环槽、活塞销孔内倒角；
采用干冰对所述待强化部位进行清洁；
采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理，强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°，送丝速度为200～500mm/min，其中，特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：
硅(Si)11％-19％，铜(Cu)2％-5％，镍(Ni)1.5％-4％，铁(Fe)0.3％-0.7％，钛(Ti)0.1％-0.2％，锰(Mn)0.1％-0.3％，铝(Al)其余；
金相强化处理后的活塞加工至成品。
5.根据权利要求4所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，所述特制活塞合金焊丝还包括包括以下重量百分比组分：铬(Cr)0.1％-0.3％，钒(V)0.05％-0.25％，锆(Zr)0.05％-0.25％，所述特制活塞合金焊丝挤压铸造成型。
6.根据权利要求5所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，
采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理时，当所述待强化部位为活塞燃烧室顶角、活塞燃烧室喉口、活塞燃烧室底部、活塞燃烧室顶部中间位置、活塞销孔内倒角中的任意一种时，采用的所述特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：
Si 11％-14％，Cu 3.5％-4％，Ni 2.5％-4％，Fe 0.5％-0.7％，Ti 0.15％，Mn 0.2％-0.3％，Cr 0.2％-0.3％，V 0.15％-0.25％，Zr 0.15％-0.25％，Al其余。
7.根据权利要求4所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理时，当所述待强化部位为活塞环槽时，采用的所述特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：
Si 14％-16％，Cu 2％-3.5％，Ni 1.5％-2.5％，Fe 0.3％-0.5％，Ti 0.15％，Mn0.1％-0.2％，Cr 0.1％-0.2％，V 0.05％-0.15％，Zr 0.05％-0.15％，Al其余。
8.根据权利要求4所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，采用特制活塞合金焊丝对所述待强化部位进行焊接强化处理时，当所述待强化部位为活塞环槽时，采用的所述特制活塞合金焊丝包括以下重量百分比组分：
Si 17％-19％，Cu 3.5％，Ni 2.5％，Fe 0.5％，Ti 0.15％，Mn 0.25％，Al其余。
9.根据权利要求4所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，焊接强化处理的焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min，
所述焊接强化处理为TIG焊接，焊接电流为140～280A；
或者激光焊接，焊接功率为2000～7000W；
或者等离子焊接，焊接电流为1～80A。
10.根据权利要求4所述的活塞的金相强化制造方法，其特征在于，还包括：
对所述待强化部位通过无焊丝焊接进行二次强化，二次强化处理的工件预热温度为150℃～400℃，焊接角度为10°～90°，焊接速度为200～500mm/min，焊接氩气流量5～25L/min，氦气流量5～25L/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110388110.XA CN113084457B (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种活塞的金相强化制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110388110.XA CN113084457B (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种活塞的金相强化制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113084457A true CN113084457A (zh) | 2021-07-09 |
| CN113084457B CN113084457B (zh) | 2023-01-03 |
Family
ID=76677840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110388110.XA Active CN113084457B (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种活塞的金相强化制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113084457B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091148A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 滨州渤海活塞有限公司 | 一种增材重熔强化活塞制造方法 |
| CN115646953A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-01-31 | 山西航天清华装备有限责任公司 | 一种漆膜涂覆焊道环保型清理方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1424173A (zh) * | 2003-01-08 | 2003-06-18 | 武汉理工大学 | 高铁铝基耐磨堆焊填充焊丝 |
| DE102005029103B3 (de) * | 2005-06-23 | 2007-01-04 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung des Kolbens |
| CN102787937A (zh) * | 2011-05-19 | 2012-11-21 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 带有双金属圆顶的活塞 |
| CN104028984A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-09-10 | 山东滨州渤海活塞股份有限公司 | 燃烧室喉口重熔强化活塞制造方法 |
| CN107363433A (zh) * | 2017-09-13 | 2017-11-21 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种钛及钛合金焊接用药芯焊丝 |
| CN208357980U (zh) * | 2018-04-13 | 2019-01-11 | 东风商用车有限公司 | 一种柴油机铝活塞喉口重熔专用设备 |
| CN111408913A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-07-14 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 一种用于铝活塞喉口部位的重熔强化制备方法 |
-
2021
- 2021-04-12 CN CN202110388110.XA patent/CN113084457B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1424173A (zh) * | 2003-01-08 | 2003-06-18 | 武汉理工大学 | 高铁铝基耐磨堆焊填充焊丝 |
| DE102005029103B3 (de) * | 2005-06-23 | 2007-01-04 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung des Kolbens |
| CN102787937A (zh) * | 2011-05-19 | 2012-11-21 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 带有双金属圆顶的活塞 |
| CN104028984A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-09-10 | 山东滨州渤海活塞股份有限公司 | 燃烧室喉口重熔强化活塞制造方法 |
| US20170165796A1 (en) * | 2014-06-10 | 2017-06-15 | Shandong Binzhou Bohai Piston Co., Ltd. | Method for manufacturing piston with re-molten reinforced combustion chamber throat |
| CN107363433A (zh) * | 2017-09-13 | 2017-11-21 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种钛及钛合金焊接用药芯焊丝 |
| CN208357980U (zh) * | 2018-04-13 | 2019-01-11 | 东风商用车有限公司 | 一种柴油机铝活塞喉口重熔专用设备 |
| CN111408913A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-07-14 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 一种用于铝活塞喉口部位的重熔强化制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091148A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 滨州渤海活塞有限公司 | 一种增材重熔强化活塞制造方法 |
| CN115091148B (zh) * | 2022-06-24 | 2024-01-05 | 滨州渤海活塞有限公司 | 一种增材重熔强化活塞制造方法 |
| CN115646953A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-01-31 | 山西航天清华装备有限责任公司 | 一种漆膜涂覆焊道环保型清理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113084457B (zh) | 2023-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113084457B (zh) | 一种活塞的金相强化制造方法 | |
| JP6011098B2 (ja) | 大型船舶用エンジン排気バルブの製造方法 | |
| EP0095604B1 (en) | Aluminum base material with hard facing deposit | |
| JPH0258444B2 (zh) | ||
| PL187246B1 (pl) | Zawór wylotowy do silnika spalinowego wewnętrznego spalania | |
| US7013858B2 (en) | Method for the production of a valve seat | |
| Ajay et al. | A review on rotary and linear friction welding of Inconel alloys | |
| WO2012130455A2 (en) | Slide component and method for production of cladding on a substrate | |
| US11498126B2 (en) | Method for producing a component, in particular vehicle component, and correspondingly produced component | |
| JP5015393B2 (ja) | シート肉盛を施されたエンジンバルブおよびその製作方法 | |
| US9404400B2 (en) | Cylinder head with valve seat and method for the production thereof | |
| JP7168331B2 (ja) | 銅基合金 | |
| WO2014014069A1 (ja) | 大型船舶用エンジン排気バルブの製造方法 | |
| Müller et al. | Applying functionally graded materials by laser cladding: a cost-effective way to improve the lifetime of die-casting dies | |
| US4382169A (en) | Weld deposition of metal other than aluminium onto aluminium-base alloy | |
| US11732331B2 (en) | Ni-based alloy, and Ni-based alloy product and methods for producing the same | |
| CN1259440C (zh) | 一种易切削高温高强自润滑耐磨合金材料 | |
| JPH1177375A (ja) | 熱間鍛造型肉盛溶接用コバルト基合金 | |
| JPS59100263A (ja) | 溶射ピストンリング | |
| JPS63195367A (ja) | 内燃機関用シリンダボア | |
| JPH01177440A (ja) | Ａｌ合金製シリンダヘッド | |
| Vigilyanskaya et al. | Thermal spraying of pseudo-alloy coatings | |
| GB2096514A (en) | Deposition of metal on aluminium-based alloys | |
| Garud et al. | Titanium-A Futuristic Material for Vehicle Exhaust System and Powertrain Components | |
| JP2020132908A (ja) | 高炉用羽口 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Metallographic Strengthening Manufacturing Method for Pistons Granted publication date: 20230103 Pledgee: Binzhou branch of China CITIC Bank Co.,Ltd. Pledgor: BINZHOU BOHAI PISTON Co.,Ltd. Registration number: Y2024980014544 |