[發明專利]一種用于鋁活塞喉口部位的重熔強化制備方法

在審

• 申請號: 202010169122.9
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111408913A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 彭銀江;朱鴻磊;徐英;洪曉露;陳大輝;侯林沖;朱秀榮;劉永強;張將
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: B23P15/10
• 分類號: B23P15/10;B23K9/16
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛;張琳琳

本發明涉及一種用于鋁活塞喉口部位的重熔強化制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟：喉口部位依次經過機械初加工?清洗?烘干?重熔?緩冷后獲得喉口部位重熔強化活塞，采用該方法所制備的喉口重熔區與活塞鋁基體(重熔前)相比，晶粒、共晶硅和初晶硅明顯細化，可有效防止活塞喉口在高溫高壓下工作過程中疲勞裂紋的形成，制備方法簡便，制造成本低。

技術領域

本發明涉及一種表面重熔強化制備方法，具體涉及一種用于鋁活塞喉口部位的重熔強化制備方法。

背景技術

高功率密度柴油機活塞在高溫高壓下工作，活塞頂最高溫度會超過380℃。活塞頂部在燃氣的持久高溫作用下，燃燒室喉口被視為熱傳導的狹路，局部溫度將會達到 420℃，此處鋁合金活塞的熱疲勞強度已達到極限。由此導致散熱困難及較高的持續熱負荷和交變熱負荷，尤其是在發動機的排氣口一側會形成裂紋，活塞喉口典型的熱裂紋嚴重影響發動機的可靠性和使用壽命。這種損壞的主要原因是熱機疲勞(TMF)和作用在活塞銷方向上的高頻率交變載荷(高周疲勞，HCF)，當活塞喉口邊緣溫度達到材料高溫強度的極限范圍，由燃燒壓力引起的熱應力會導致塑性變形及喉口出現裂紋，表面粗糙和結構不均勻的部位特別易受此過程影響。

高能束表面重熔強化是利用高能量密度電子束流、脈沖激光束流、等離子束流(104～106W/cm2)，使活塞頂燃燒室邊緣表面快速熔化，然后通過基體自身導熱以極高的冷卻速度從液相凝固，改變基體合金表面的顯微組織和相結構。高能束表面快速熔化凝固冷卻速度可達1010K/s，比傳統鑄造方法的冷卻速度(一般為106～107K/s)高幾個數量級，因而能形成更小的硅相，并形成非晶相、介穩相、高度過飽和相及極細的顯微組織，極大地提高材料的疲勞強度。

如中國發明專利《燃燒室喉口重熔強化活塞制造方法》，其專利號為201410255788.0 (授權公告號CN104028984B)，公開了一種燃燒室喉口重熔強化活塞制造方法，制造步驟為：a)活塞粗加工，活塞燃燒室喉口和燃燒室底部為活塞最薄弱部位，燃燒室喉口和燃燒室底部加工余量為1-3mm；b)活塞清洗脫脂處理；c)將表面活性劑涂抹或噴涂于需要重熔的燃燒室喉口和燃燒室底部；d)活塞使用A-TIG焊接方法重熔；f)重熔后活塞加工至成品。采用上述A-TIG焊接方法重熔，可能會出現表面熔深較深，熔寬狹窄，效率低下的情況。

又如中國發明專利《一種強化發動機活塞喉口的工藝》，其專利號為201710612103.7 (申請公開號CN107695615A)，公開了一種強化發動機活塞喉口的工藝，該方法對活塞喉口進行重熔后，再進行快速冷卻處理，因為重熔過程就是一個快速冷卻的過程，目的就是獲得超細小的組織，重熔過程處理后存在較大的內應力，活塞再進行快速冷卻處理，喉口重熔部位極易開裂，而導致活塞報廢。

因此，需要對鋁活塞喉口部位的重熔強化方法需要作進一步改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的現狀，提供一種重熔效率高且防止出現疲勞裂紋的用于活塞喉口部位的重熔強化制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種用于鋁活塞喉口部位的重熔強化制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟：

1)將預重熔的鋁活塞毛坯的喉口部位進行機械加工，并留有加工余量；

2)將機械加工后的鋁活塞毛坯的喉口部位采用清洗劑進行清洗；

3)將清洗后的鋁活塞毛坯進行烘干；

4)在氬氣保護下，將鋁活塞毛坯的喉口部位進行重熔，重熔工藝參數采用：頻率 8～10Hz，峰值電流250～275A，基值電流200～210A，氬氣流量6～9L/min；

5)將重熔后的鋁活塞毛坯進行緩慢冷卻，獲得喉口重熔后的活塞毛坯；

6)對重熔后的鋁活塞毛坯加工后形成喉口部位重熔強化活塞。