[發明專利]一種內燃機鋁活塞燃燒室面等離子束強化處理方法

無效

• 申請號: 201310405519.3
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN104419883A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 胡為峰;黃齊文;潘璋
• 申請（專利權）人: 北京賽億科技股份有限公司
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于等離子束加工領域，涉及一種內燃機鋁活塞燃燒室面等離子束強化處理方法。

背景技術

隨著內燃機功率的提高，內燃機鋁合金活塞的工作條件愈加嚴酷，高的機械負荷和熱負荷常常導致活塞頂面燒損和燃燒室喉口邊緣熱裂等故障。

目前內燃機鋁活塞一般采用鑄造方式生產，由于凝固過程中冷卻速度較慢，活塞組織中存在較大的塊狀初晶硅組織和呈桿狀分布的共晶硅組織。在活塞承受交變熱機載荷過程中，由于硅和鋁的熱膨脹系數相差8倍左右，在活塞組織中α-Al相、粗大的初晶硅相和桿狀共晶硅相之間將產生熱膨脹量的差異。當活塞受熱膨脹時，在鋁硅相界面處產生垂直于界面的拉應力，反之則產生壓應力。在交變應力的作用下，塑性變形首先在鋁硅相界面處出現，一旦塑性變形累積達到臨界值，就會在鋁硅相界面處萌生微觀裂紋。隨著微觀裂紋不斷擴展，最終導致活塞燃燒室面熱疲勞失效。

中國專利CN?102268670A公開了“一種內燃機鋁合金活塞燃燒室喉口的強化處理方法”采用鎢極氬弧焊方法對活塞燃燒室喉口處進行重熔處理，重熔層中初晶硅相和金屬間相的尺寸細化為基體未重熔部分顆粒尺寸的1/4~1/10，重熔層的硬度相比基體未重熔區域提高約50%，活塞重熔后的熱機疲勞強度提高2~5倍。

等離子束是一種高溫、高電離度和高能量密度的能量束，目前被廣泛用于焊接、切割等領域。采用等離子束對金屬表面進行重熔與鎢極氬弧重熔相比，具有表面加熱速度快，熔池凝固速度快，熔池中組織更細小，重熔過程能量利用效率和工作效率高等優點。

發明內容

本發明的目的是為了減緩鋁合金活塞中鋁硅相界面處微觀裂紋的萌生及擴散從而提高鋁合金活塞的熱疲勞壽命及克服中國專利102268670A中利用鎢極氬弧重熔強化活塞燃燒室喉口存在的重熔后凝固速度慢、重熔過程能量利用率和工作效率低以及只強化燃燒室喉口區域的問題，而提出的一種利用等離子束對對內燃機鋁合金活塞燃燒室面進行重熔強化處理方法。

本發明的目的可通過下述技術方案來實現：

一種內燃機鋁活塞燃燒室面等離子束強化處理方法，其特征在于按以下步驟進行：

?（1）預處理：對粗加工完成的活塞毛坯進行清潔預處理，然后在100°C~200°C下保溫處理0.5~1小時，除去活塞表面的水分；（2）等離子束重熔處理：采用等離子束對活塞燃燒室面進行重熔處理，如圖1所示，等離子束的束斑直徑為3mm~6mm，等離子束與活塞燃燒面的距離保持在1mm~6mm，處理時將等離子束對準活塞燃燒面，等離子束槍頭根據程序設定的掃描軌跡可對活塞燃燒室面任意需要強化的位置進行重熔強化處理，處理過程中活塞一直保持旋轉，轉速控制在0.5rpm~2rpm，等離子束的功率控制在2Kw~5Kw，電離氣體流量3L/min-10L/min，保護氣體流量3L/min-10L/min以獲得所需的重熔層深度，重熔后在空氣中自然冷卻；（3）重熔后精加工：將重熔處理的活塞進行精加工獲得成品，重熔層的深度為3mm-8mm。重熔層的初晶硅相和金屬間相的顆粒尺寸為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10。

有益效果：通過等離子束重熔強化處理，使鋁合金活塞燃燒室表層組織晶粒細化，重熔層中初晶硅相和金屬間化合物相的顆粒尺寸細化為基體未重熔部位的顆粒尺寸的1/4-1/10，從而減緩重熔層中鋁硅相界面處微觀裂紋的萌生及擴散，最終提高活塞燃燒室的熱疲勞性能，提要約3~8倍，大大提高活塞的使用壽命。

附圖說明

圖1是活塞燃燒室等離子束重熔處理過程示意圖。

圖2是活塞燃燒室面重熔后的俯視結構示意圖。

圖3是活塞燃燒室喉口區域重熔后的俯視結構示意圖。

圖中所示：1、等離子束槍頭，2、等離子束，3、活塞本體，4、等離子束槍頭移動掃描軌跡，5、活塞燃燒室面，6、活塞燃燒室喉口區域。

具體實施方式

結合附圖對本發明作進一步的描述：