[發(fā)明專利]鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010223712.1
• 申請(qǐng)日: 2010-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101880843A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊慶年;陳永勇;夏小兵;馬雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都銀河動(dòng)力股份有限公司
• 主分類號(hào): C22F1/04
• 分類號(hào): C22F1/04
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁合金活塞的熱處理工藝，特別是對(duì)鋁合金活塞進(jìn)行噴霧淬火處理，以提高活塞機(jī)械性能的熱處理方法及其裝置。

背景技術(shù)

鋁合金材料活塞過(guò)飽和固溶處理即鋁合金活塞的淬火冷卻是技術(shù)難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)；過(guò)飽和固溶處理——淬火，直接關(guān)系鋁合金材料最終的性能。淬火時(shí)過(guò)飽和固溶處理效果好，過(guò)飽和固溶度高就能夠充分保證活塞達(dá)到高的性能，發(fā)揮活塞的最大能動(dòng)。根據(jù)目前鋁合金材料活塞熱處理狀況，淬火過(guò)飽和固溶處理冷卻介質(zhì)的選用要求：保證鋁合金材料活塞淬火冷卻后獲得高的過(guò)飽和固溶度，確保時(shí)效后能夠獲得均勻的表面硬度和符合要求的性能；活塞淬火冷卻不會(huì)出現(xiàn)淬火裂紋和嚴(yán)重的變形，活塞質(zhì)量提高到更高的性能檔次。

鋁合金活塞熱處理現(xiàn)狀

鋁合金活塞的熱處理通常是淬火(過(guò)飽和固溶處理)+人工時(shí)效處理。淬火的方法有鑄造余熱淬火和鑄造完成后重新加熱淬火。淬火處理冷卻方式一般有以下幾種方式：整體浸水冷卻、局部浸水冷卻、風(fēng)扇強(qiáng)風(fēng)冷卻、空氣中自然冷卻。

鋁合金淬火固溶處理使用水作為淬火冷卻介質(zhì)要求水溫控制在60℃～100℃范圍。鋁合金材料產(chǎn)品的過(guò)飽和固溶處理的溫度則在540℃以下溫度，在該溫度以下進(jìn)行淬火處理是水冷卻速度最快階段。當(dāng)采用熱水進(jìn)行冷卻淬火時(shí)，冷卻速度雖然減緩，但是水溫小的波動(dòng)將改變水的冷卻速度。水溫越高，冷卻速度越慢。采用水作為冷卻介質(zhì)則分布在冷卻速度最快的階段對(duì)鋁合金材料的淬火冷卻處理不利。水進(jìn)行淬火處理在活塞上將殘留水的漬印，要保證活塞的表面光潔必須進(jìn)行表面的清理。

采用機(jī)油作為鋁合金材料淬火冷卻介質(zhì)，則最快冷卻速度在高溫階段對(duì)鋁合金固溶處理淬火十分有利，在低溫階段冷卻速度降低有利于減少鋁合金材料產(chǎn)品的變形。同時(shí)油溫變化對(duì)冷卻速度影響極小，這樣提高了冷卻的均勻性，相應(yīng)提高鋁合金材料淬火冷卻均勻性，減少零件的變形。但是使用油作為冷卻介質(zhì)增加活塞的生產(chǎn)成本，同時(shí)造成環(huán)境的污染。

采用強(qiáng)風(fēng)冷卻，冷卻速度較慢，不能夠保證滿足鋁合金零件的過(guò)飽和固溶處理，尤其當(dāng)零件有效厚度較大時(shí)強(qiáng)風(fēng)冷卻保證過(guò)飽和度的情況更差。

在空氣中自然冷卻，則不能保證鋁合金活塞淬火處理的過(guò)飽和度，不能保證活塞的性能達(dá)到要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有鋁合金熱處理工藝的不足之處而提供一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝，以提高活塞的機(jī)械性能，同時(shí)，獲得用戶要求或工藝所要求的表面光亮零件。

本發(fā)明的目的是這樣是實(shí)現(xiàn)的：一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法，按以下步驟進(jìn)行：

a)、將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進(jìn)行澆注；

b)、從活塞模具上取下活塞毛坯件，將活塞毛坯件放置在冷卻淬火臺(tái)上，通過(guò)位于冷卻淬火臺(tái)下方的噴霧裝置所產(chǎn)生的由水、氣形成的霧狀氣體將溫度420℃～545℃的活塞毛坯件進(jìn)行淬火冷卻熱處理：通過(guò)調(diào)整壓縮空氣的壓力和流量，或者調(diào)整進(jìn)水壓力和進(jìn)水量，從而滿足噴霧冷卻的冷卻速度；在活塞內(nèi)腔要求光潔情況下，對(duì)活塞頭部或裙部進(jìn)行噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對(duì)活塞內(nèi)腔進(jìn)行噴霧冷卻；

噴霧裝置結(jié)構(gòu)為：壓縮空氣進(jìn)氣氣嘴旋接在三通尾部，與噴嘴在同一軸線上；進(jìn)水嘴旋接在三通側(cè)面，呈一定角度，與氣嘴相連通；氣嘴、三通、噴嘴相互之間形成一定間隙的負(fù)壓形成區(qū)；進(jìn)水嘴靠三通方向有調(diào)解進(jìn)水量水孔；

c)、b步噴霧冷卻的活塞毛坯件的溫度達(dá)到室溫后，再進(jìn)行人工時(shí)效熱處理：將活塞毛坯件加溫至170℃±5℃，恒溫3小時(shí)，再加溫至250℃±5℃，恒溫2小時(shí)；

d)、c步活塞毛坯件經(jīng)人工時(shí)效熱處理后，在空氣中自然冷卻降至室溫，再經(jīng)24小時(shí)完成自然時(shí)效熱處理。

本發(fā)明的另一目的是提供一種采用上述工藝方法的熱處理裝置，以便通過(guò)由水、氣形成的霧狀氣體進(jìn)行淬火冷卻熱處理。

本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法采用的噴霧裝置，其結(jié)構(gòu)為：冷卻淬火臺(tái)下方設(shè)置有噴霧裝置，其結(jié)構(gòu)為：壓縮空氣進(jìn)氣氣嘴旋接在三通尾部，與噴頭在同一軸線上；進(jìn)水嘴旋接在三通側(cè)面，呈一定角度，與氣嘴相連通；氣嘴、三通、噴嘴相互之間構(gòu)成具有一定間隙的負(fù)壓形成區(qū)。

上述進(jìn)水嘴靠近三通方向有調(diào)解進(jìn)水量小孔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、活塞機(jī)械性能得到提高

i>鋁合金活塞工藝圖紙性能要求：硬度：HB100～130，同一只活塞硬度差不大于10個(gè)HBS，同一爐活塞硬度差不大于30個(gè)HBS；抗拉強(qiáng)度：σ_b≥196MPa，σ_300℃≥69MPa；體積穩(wěn)定性：δ≤0.03％D。