[發明專利]內層顆粒增強缸套及其制造方法

無效

• 申請號: 200810070197.0
• 申請日: 2008-08-27
• 公開（公告）號: CN101338704A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 劉昌明;翟彥博;謝勇;王開
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: F02F1/00
• 分類號: F02F1/00;B22D15/02;B22D13/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及一種發動機汽缸部件，特別是一種內層顆粒增強缸套及其制造 方法。

背景技術

缸套是內燃發動機重要零件，缸套的機械性能和熱性能對發動機工作效率、 使用壽命以及工作狀態有重要的影響。傳統的發動機缸套材料主要是合金耐磨 鑄鐵或鋼板。隨著節能環保意識的進一步加強，對汽車減重的要求越來越高， 隨之出現了用密度較小的鋁合金等材料制造缸套，為了增加密度較小材料缸套 的機械性能和熱性能，現有技術中出現了高硅鋁合金缸套噴射冶金法和鋁合金 汽缸內表面激光熔覆硅顆粒增強法兩種制造鋁合金缸套的方法。

高硅鋁合金缸套噴射冶金法是液態熔體噴射沉積成形法。噴射過程熔體內 顆粒細化，并在沉積體內均勻分布。高硅鋁合金缸套噴射冶金法主要用于Si含 量在25％以上的過共晶鋁硅合金缸套的生產(制備)，在缸套中形成耐磨的初晶硅 顆粒。該方法工藝過程復雜、機械切削量大，材料消耗大、成本高，因此未得到 工業化應用。

鋁合金汽缸內表面激光熔復硅顆粒增強法為采用激光熔復硅顆粒增強鋁合 金缸套耐磨性，其具體工藝如下：鑄造工藝成形氣缸整體——對氣缸內表面機 加工——采用激光熔覆工藝在氣缸內表面堆積厚度約0.8mm高硅層——機械精 加工氣缸內表面。該方法需要激光器及其控制儀器和設備，工藝復雜；激光是 點光源，因此熔復硅顆粒時間長，生產效率低；缸套增強層存在1％左右的孔隙 率，孔洞尺寸為0.1-0.5mm，因此缸套的增強層易剝落，影響缸套的使用壽命。 因此，需要一種內層增強缸套，內層增強區域與基體結合良好，穩定牢固，孔 隙率低，重量輕，機械性能和熱性能好，并且制造方法工藝過程簡單，生產效 率高。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種內層顆粒增強缸套及其制造方法，內 層增強層與外層非增強層結合良好，重量輕，孔隙率低，機械性能和熱性能好， 并且制造方法工藝過程簡單，生產效率高。

本發明的內層顆粒增強缸套，包括缸套基體，所述缸套基體包括徑向內層 的增強層和外層的非增強層，增強層由增強顆粒分布在缸套基體內構成，所述 增強層與非增強層通過冶金結合的方式進行結合。

進一步，所述增強層內增強顆粒材料按體積百分含量由高到低從內至外逐 漸過渡；增強層與非增強層通過冶金結合的過渡層進行結合，所述過渡層的增 強顆粒從內至外逐漸降為零；

進一步，所述增強層位于缸套內表面的增強顆粒的體積百分含量大于等于 10％；

進一步，所述增強層位于缸套內表面的增強顆粒的體積百分含量為20— 50％；

進一步，所述增強層位于缸套內表面的增強顆粒的體積百分含量為35％；

進一步，所述增強顆粒為初晶Si和Mg₂Si的混合顆粒，所述缸套基體的材 料為鋁基合金；

進一步，初晶Si和Mg₂Si的混合顆粒中，按體積百分含量初晶Si占20％— 50％，初晶Si的粒徑為20—120μm，Mg₂Si的粒徑為20—40μm；

進一步，所述增強層的厚度為1—3mm；

本發明還公開了一種內層顆粒增強缸套的制造方法，包括熔融態材料的制 備、鑄造和后續加工，所述增強顆粒的密度小于缸套基體材料的密度，通過離 心鑄造的方式實現增強顆粒在缸套基體內向內層偏聚，致使缸套基體分為內層 的增強層和外層的非增強層。

進一步，缸套基體材料選用過共晶Al-Si系合金，增強顆粒為初晶Si與Mg₂Si 混合顆粒，增強層的增強顆粒是在熔融材料時加入Mg，鑄造時凝固過程中從熔 體中自生析出的初晶Si與Mg₂Si顆粒；離心鑄造過程中，轉速為600—3000rpm， 模具預熱溫度為130—400℃。