[發明專利]一種活塞的金相強化制造方法

有效

• 申請號: 202110388110.X
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113084457B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 李艷軍;劉世英;邢小兵;馮增建;王波;李方峰;姜殿昌;崔巖壽;姚淑霞
• 申請（專利權）人: 濱州渤海活塞有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23K9/167;B23K10/02;B23K26/34
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 呂雪營

本發明提供了一種活塞的金相強化制造方法，包括以下步驟，在鑄造或鍛造活塞毛坯后，粗加工，在待強化部位留有加工余量2mm?4mm，待強化部位包括活塞燃燒室頂角、活塞燃燒室喉口、活塞燃燒室底部、活塞燃燒室頂部中間位置、活塞環槽、活塞銷孔內倒角；采用干冰對待強化部位進行清潔；對待強化部位進行無焊絲焊接強化處理，強化處理的工件預熱溫度為150℃～400℃，焊接角度為10°～90°；金相強化處理后的活塞加工至成品。通過本發明的技術方案，對活塞進行局部金相強化，提高該部位的性能，使得強化部位達到或超過增加陶瓷復合材料、銅套、鑄鐵耐磨環的作用，減少燃燒室喉口開裂、銷孔開裂、環槽脫落等局部失效現象的發生。

技術領域

本發明涉及活塞強化技術領域，具體而言，涉及一種活塞的金相強化制造方法。

背景技術

載重汽車、工程機械、鐵路機車以及乘用車發動機都在向大功率、高負荷方向發展，強化程度不斷提高，排放要求越來越嚴格。為了滿足新的要求，發動機活塞從材料到結構均作出了較大調整，使得活塞整體性能得以提高，但隨著排放標準持續增加，活塞局部失效的狀況開始增加，為提高活塞局部的性能，類似燃燒室喉口重熔強化技術開始應用，但這些技術應用面較窄，不能滿足新型活塞的所有設計要求。

目前發動機活塞制造時，采用的均是重力鑄造，或低壓鑄造，或高壓鑄造，甚或采用鍛造的方式，但這些方式均是對活塞整體性能進行改進提高，而活塞在發動機中運動時，主要失效模式有幾個，一是燃燒室喉口開裂失效，二是銷孔開裂失效，三是環槽脫落失效等等，這些失效模式均屬于局部失效導致的活塞整體失效，為了增強這些部位的可靠性，多采用局部增強的方式，例如燃燒室喉口部位采用陶瓷復合材料替代或采用喉口重熔技術增強，在銷孔部位鑲嵌銅套，環槽部位采用鑄鐵耐磨環等等，這些方法存在許多弊端，還需要增添很多工序及檢測手段進行控制，尤其屬于不同材質之間的結合，結合力相對較低，很容易出現脫落失效。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提供一種活塞的金相強化制造方法，采用TIG焊接、等離子焊接、激光焊接的方式，對活塞所有的薄弱部位進行局部金相強化，提高該部位的性能，使得強化部位達到或超過增加陶瓷復合材料、銅套、鑄鐵耐磨環的作用，減少燃燒室喉口開裂失效、銷孔開裂失效、環槽脫落失效等局部失效現象的發生。

為了實現上述目的，本發明的第一方面的技術方案提供了一種活塞的金相強化制造方法，適用于鋁合金、鎂合金、鑄鐵或鍛鋼材質的活塞，包括以下步驟：在鑄造或鍛造活塞毛坯后，粗加工，在待強化部位留有加工余量2mm-4mm，所述待強化部位包括活塞燃燒室頂角、活塞燃燒室喉口、活塞燃燒室底部、活塞燃燒室頂部中間位置、活塞環槽、活塞銷孔內倒角；采用干冰對所述待強化部位進行清潔；對所述待強化部位進行無焊絲焊接強化處理，強化處理的工件預熱溫度為150℃～400℃，焊接角度為10°～90°；金相強化處理后的活塞加工至成品。

在上述技術方案中，優選地，焊接強化處理的焊接速度為200～500mm/min，焊接氬氣流量5～25L/min，氦氣流量5～25L/min。

在上述任一項技術方案中，優選地，所述焊接強化處理為TIG焊接，焊接電流為140～280A；或者激光焊接，焊接功率為2000～7000W；或者等離子焊接，焊接電流為1～80A。

通過上述金相強化工藝，使得強化部位得到更為細化的合金組織，顯微組織將發生顯著改變，鋁合金中的硅元素由由較大的塊狀初晶硅轉變為細小的塊狀或點狀初晶硅，初晶硅尺寸平均不大于20μm，并且能均勻的分散在重熔強化組織中，可以有效的提高該部位的耐磨性，使得該部位的摩擦系數小于0.11。合金相也可細化至接近原尺寸的1/10，可以有效的提高該部位的強度，其中α相寬度≤40μm，高溫疲勞強度比強化前提高30％，顯微硬度也得到了增強，約是本體的硬度的1.3倍以上。