CN113231791A - 一种用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套及其制备方法属于材料加工技术领域。所述方法按照以下步骤进行：将通过搅拌鋳造法获得的Ti3SiAlC2/Mg基复合材料半固态坯加热至450℃‑550℃，保温30mins，将加热的半固态坯置于带有预热到580℃‑620℃的触变模具型腔内，进行触变热反挤压成形，速度为0.2‑4mm/s，比压：350‑950MPa，保压时间：8‑15s，将得到的镁基复合材料气缸套毛坯进行外部粗车，得到管状的镁基复合材料。所述气缸套复合材料中Ti3SiAlC2金属陶瓷相的体积含量为12‑20vol％，其余为镁合金。采用此技术获得的缸套成品率高，缸套具有密度小和耐磨自润滑特性。

Description

一种用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套及其制备方法
技术领域
本发明涉及摩托车工业技术领域，尤其是涉及一种用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套及其制备方法。
背景技术
随着国民生活水平的不断提高，对摩托车的需求量越来越大，对摩托车性能的要求也越来越高，摩托车零配件国产化程度不断提高。摩托车发动机的汽缸包括缸体、气缸套以及活塞。目前，气缸套多为铸铁材质，缸体在发动机轻量化的技术发展趋势下，已经变成铝合金材质，也出现了铝合金材质的气缸套。随着轻量化的进一步发展，镁合金是世界上最轻的金属结构材料(镁的密度仅为1.74g·cm-3，铝的密度为2.7g·cm-3)，被誉为21世纪超轻量绿色金属Mg正体现出广泛的应用前景。然而，金属Mg力学性能低，抗拉强度仅为96MPa。即使通过合金化来改善，Mg合金的硬度和刚度仍然低，硬度为0.65GPa，刚度仅为45GPa左右，耐磨性能也欠佳，这些缺点极大地限制了Mg合金在材料轻量化领域中的应用。这必须通过复合化来改善，添加增强体的镁基复合材料具备更高的比强度，比刚度，而且具备更优良阻尼减震降噪性能和电磁干扰屏蔽性能以及良好的可回收性。与镁合金相比，镁基复合材料具有更加优良的阻尼特性，更好的耐摩擦和耐高温性能。
继承铸、锻工艺的综合优点的精密、近净成形半固态触变成形技术能够有效地实现材料控形与控性的统一。其中，与粉末冶金法相比，半固态机械搅拌法可获得低成本，大尺寸半固态坯料。进一步，半固态坯触变成形可以将凝固的半固态料二次加热，使其重新加热合适温度区间进行成形加工。因此，开展镁基复合材料的半固态坯触变成形技术的研究，对于生产镁基复合材料发动机缸套，实现摩托车轻量化具有重要的理论意义和应用研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于摩托车发动机的镁基复合材料，该镁基复合材料气缸套具有高的强度、硬度、高温稳定性以及耐磨性，在实际使用过程中，具有较高的使用性能和使用寿命，能够满足现有发动机的使用要求。本发明另一目的是提供一种上述用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套的气缸套的半固态触变成形技术方法。
所述气缸套复合材料特征如下：Ti3SiAlC2金属陶瓷相的体积含量为12-20vol％，其余为镁合金。Ti3SiAlC2颗粒尺寸为几微米至几十微米，颗粒中的Al原子占Al和Si原子总和的4％-18％。镁合金组分：Al：2.8％～8.2％；Zn：0.4％～1.2％；Mn：0.2％～0.4％；Si：0.1％～0.3％；Cu：0.05％～0.2％；RE：0.1％～0.3％；其余为Mg。
本发明提供的技术方案为：
1.将通过搅拌鋳造法获得的Ti3SiAlC2/Mg基复合材料半固态坯加热至450℃-550℃，保温30mins。
2.将加热的半固态坯置于带有预热到580℃-620℃的触变模具型腔内，进行触变热反挤压成形，速度为0.2-4mm/s，比压：350-950MPa，保压时间：8-15s。
3.机加工：将所述步骤2)得到的镁基复合材料气缸套毛坯进行简单的外部粗车，得到管状的镁基复合材料缸套。
本发明的效果：本发明的镁基复合材料气缸套具有密度小和耐磨自润滑特性，采用此技术获得的缸套成品率高，提高了气缸套的强度、硬度、高温稳定性以及耐磨性可以降低发动机能源消耗，减少排放污染，
附图说明
图1是气缸套工艺过程示意图。
图2是Ti3SiAlC2-Mg基复合材料气缸套微观组织电镜图。
图3是本方法获得的一种摩托车发动机(GV300)复合材料缸套。
具体实施方式
如图1所示的工艺简图，在CO2+SF6保护气氛下，将Ti3SiAlC2颗粒混入到配好的镁合金浆料中，镁合金主要成分按重量百分比为：铝2.8％～8.2％，锌0.4％～1.2％，锰0.2％～0.4％，硅0.1％～0.3％，铜0.05％～0.2％，稀土0.1％～0.3％，余量为镁。在600-750℃进行搅拌，搅拌均匀后浇铸到圆柱形不锈钢磨具中进行液压致密化，保压60-120MPa冷却至室温，得到致密的Ti3SiAlC2增强Mg基毛坯。如图2所示，微观组织表明陶瓷相Ti3SiAlC2与基体Mg基合金二者界面处有纳米Mg晶粒生成，结合牢固
将预热到450℃-550℃的圆柱毛坯置于半固态触变成形的模具中，模具通过电磁感应预热到580℃-620℃，进行热反挤压触变成形，速度：0.2-4mm/s，比压：350-950MPa，保压时间：8-15s。如图3所示，将得到的Mg基复合材料气缸套毛坯进行简单的外部粗车，得到管状的气缸套半成品。
实施案例1
在CO2+SF6保护气氛下，将10％体积分数的Ti3SiAlC2颗粒混入到配好的镁合金浆料中，镁合金主要成分按重量百分比为：铝3％，锌0.6％，锰0.2％，硅0.1％，铜0.05％，稀土，0.2％，余量为镁。在600-750℃进行搅拌，搅拌均匀后浇铸到圆柱形不锈钢磨具中并进行液压致密化，保压110MPa冷却至室温，得到致密的Ti3SiAlC2增强Mg基毛坯。
将预热到500℃的圆柱毛坯置于半固态触变成形的模具中，模具通过电磁感应预热到620℃，进行热反挤压触变成形，得到管状气缸套毛坯。其中，工艺参数为速度0.4mm/s，比压400MPa，保压时间10s。
将得到的Mg基复合材料气缸套毛坯进行简单的外部粗车，得到管状的气缸套半成品。
实施案例2
在CO2+SF6保护气氛下，将15％体积分数的Ti3SiAlC2颗粒混入到配好的镁合金浆料中，镁合金主要成分按重量百分比为：铝2％，锌0.6％，锰0.2％，硅0.1％，铜0.05％，稀土，0.3％，余量为镁。在600-750℃进行搅拌，搅拌均匀后浇铸到圆柱形不锈钢磨具中并进行液压致密化，保压120MPa冷却至室温，得到致密的Ti3SiAlC2增强Mg基毛坯。
将预热到500℃的圆柱毛坯置于半固态触变成形的模具中，模具通过电磁感应预热到2900℃，进行热反挤压触变成形，得到管状气缸套毛坯。其中，工艺参数为速度0.3mm/s，比压400MPa，保压时间12s。
将得到的Mg基复合材料气缸套毛坯依次进行简单的外部粗车，得到管状的气缸套半成品。

Claims (3)

1.一种用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套及其制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)将通过搅拌鋳造法获得的Ti3SiAlC2/Mg基复合材料半固态坯加热至450℃-550℃，保温30mins；
(2)将加热的半固态坯置于带有预热到580℃-620℃的触变热反挤压模具型腔内，进行触变热反挤压成形，速度为0.2-4mm/s，比压：350-950MPa，保压时间：8-15s；
(3)将所述步骤2)得到的镁基复合材料气缸套毛坯依次进行简单的外部粗车，得到管状的镁基复合材料缸套。
2.根据权利要求1所述一种用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套及其制备方法，获得的气缸套复合材料特征如下：Ti3SiAlC2金属陶瓷相的体积含量为12-20vol％，其余为镁合金；Ti3SiAlC2颗粒尺寸为几微米至几十微米，颗粒中的Al原子占Al和Si原子总和的4％-18％；所述的镁合金组分：Al：2.8％～8.2％；Zn：0.4％～1.2％；Mn：0.2％～0.4％；Si：0.1％～0.3％；Cu：0.05％～0.2％；RE：0.1％～0.3％；其余为Mg。
3.根据权利要求1所述所述一种用于摩托车发动机的镁基复合材料气缸套及其制备方法，所采用的的是半固态坯触变热反挤压成形的设备包括熔炼搅拌炉和液压机，液压机中的触变成形模具为热反挤压模具。
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