專利名稱：鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金活塞的熱處理工藝，特別是對鋁合金活塞進行噴霧淬火處理， 以提高活塞機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 個環(huán)節(jié)；過飽和固溶處理——淬火，直接關(guān)系鋁合金材料最終的性能。淬火時過飽和固溶處 理效果好，過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。根據(jù) 目前鋁合金材料活塞熱處理狀況，淬火過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飽和固溶度，確保時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(過飽和固溶處理)+人工時效處理。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°C 100°C范 圍。鋁合金材料產(chǎn)品的過飽和固溶處理的溫度則在540°C以下溫度，在該溫度以下進行淬火 處理是水冷卻速度最快階段。當(dāng)采用熱水進行冷卻淬火時，冷卻速度雖然減緩，但是水溫小 的波動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鋁合金材料的淬火冷卻處理不利。水進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行表面的清理。采用機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 油溫變化對冷卻速度影響極小，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，同時造成環(huán)境的 污染。采用強風(fēng)冷卻，冷卻速度較慢，不能夠保證滿足鋁合金零件的過飽和固溶處理，尤 其當(dāng)零件有效厚度較大時強風(fēng)冷卻保證過飽和度的情況更差。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，以提高活塞的機械性能，同時，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 下步驟進行a)、將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行澆注；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上，通過位于 冷卻淬火臺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°C 545°C的活 塞毛坯件進行淬火冷卻熱處理通過調(diào)整壓縮空氣的壓力和流量，或者調(diào)整進水壓力和進 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，對活塞頭部或裙部進行 噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內(nèi)腔進行噴霧冷卻；噴霧裝置結(jié)構(gòu)為壓縮空氣進氣氣嘴旋接在三通尾部，與噴嘴在同一軸線上；進 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)；進水嘴靠三通方向有調(diào)解進水量水孔；c)、b步噴霧冷卻的活塞毛坯件的溫度達(dá)到室溫后，再進行人工時效熱處理將活 塞毛坯件加溫至170°C 士5°C，恒溫3小時，再加溫至250°C 士5°C，恒溫2小時；d)、c步活塞毛坯件經(jīng)人工時效熱處理后，在空氣中自然冷卻降至室溫，再經(jīng)24小 時完成自然時效熱處理。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，以便通過由水、 氣形成的霧狀氣體進行淬火冷卻熱處理。本發(fā)明的另一目的是這樣實現(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)為冷卻淬火臺下方設(shè)置有噴霧裝置，其結(jié)構(gòu)為壓縮空氣進氣氣嘴旋 接在三通尾部，與噴頭在同一軸線上；進水嘴旋接在三通側(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)。上述進水嘴靠近三通方向有調(diào)解進水量小孔。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HBS，同一爐活塞硬度差不大于30個HBS ；抗拉強度σ b彡196MPa, σ 69MPa ；體 積穩(wěn)定性δ ^ 0. 03% D0ii>噴霧淬火+人工時效活塞性能指標(biāo)如下硬度HB104 113 ；抗拉強度σ b =241. 30MPa, σ ■= 110. 3IMPa ；線膨脹系數(shù)α 室溫_2(10 = 19. 89X10_6/°C，α 室溫_300 = 21. 48 X 10-6/oC ；體積穩(wěn)定性δ < 0. 011% D。提高保證活塞某些性能采用調(diào)整活塞人工 時效時間的辦法達(dá)能夠滿足活塞特殊性能的要求。2、噴霧淬火便于調(diào)整冷卻速度，即可方便地調(diào)整壓縮空氣的壓力和/或流量，或 者，調(diào)整水面壓力和/或流量，從而方便地調(diào)整冷卻速度，使熱處理能方便地根據(jù)預(yù)定的冷 卻曲線進行。3、鋁合金活塞表面光潔、無污漬能獲得根據(jù)用戶要求或根據(jù)工藝要求的表面光亮零件。本發(fā)明的特點是將結(jié)合具體實施方式
加以進一步闡述。


圖1是本發(fā)明噴霧(淬火冷卻)裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明活塞噴霧淬火人工時效熱處理工藝曲線圖。
具體實施例方式圖2示出，一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法，按以下步驟進行a)、將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行澆注；b)、從活塞模具取下活塞毛坯件，將活塞毛坯件放置在冷卻淬火臺上，通過位于冷 卻淬火臺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°C 545°C下的活 塞毛坯件進行淬火冷卻熱處理通過調(diào)整壓縮空氣的壓力和流量，或者調(diào)整進水壓力和進 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，對活塞頭部或裙部進行 噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內(nèi)腔進行噴霧冷卻；c)、b步噴霧冷卻的活塞毛坯件的溫度達(dá)到室溫后，再進行人工時效熱處理將活 塞毛坯件加溫至170°C 士5°C，恒溫3小時，再加溫至250°C 士5°C，恒溫2小時；d)、c步活塞毛坯件經(jīng)人工時效熱處理后，在空氣中自然冷卻降至室溫，再經(jīng)24小 時完成自然時效熱處理。(參見圖2)。鋁合金在熱處理淬火冷卻過程，由于鋁合金自身的特點，在熱處理冷卻過程具有 以下特點1)鋁合金活塞固溶處理溫度低，淬火溫度一般在420 545°C溫度范圍；溫度 過高(尤其是鑄造鋁合金)容易出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，溫度過低合金鋁合金溶質(zhì)元素析出不能夠 保證過飽和度；2)鋁合金活塞冷卻過程傳熱速度快，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)高0. 53X418. 68/ff. (m. ΚΓ1，傳熱速度快，淬火冷卻過程心部熱量很快就能夠傳遞出來；鋁合金材料熱傳導(dǎo)快，因此 鋁合金材料產(chǎn)品淬火冷卻時降溫速度快才能保證材料的固溶強化效果，保證時效后鋁合金 的綜合性能。3)鋁合金活塞結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，各部位壁厚差較大，采用鑄造余熱淬火活塞各 部位溫度差更大；4)鋁合金熱容大0.215X4. 1868X IO3/J. (kg. K)—1，密度低2. 6984/g. cm3, 與鐵合金比較同等重量的鋁合金需要的冷卻介質(zhì)量增加；5)鋁合金加熱后進行隨后的淬 火冷卻過程轉(zhuǎn)移速度要快，避免過飽和固溶體早期發(fā)生分解，影響強化效果和合金性能；6) 鋁合金材料熱處理過程沒有組織的轉(zhuǎn)變，因此在固溶處理過程的冷卻就必須保證鋁合金材 料達(dá)到盡量大的過飽和固溶度，才能確保鋁合金材料最終性能；7)對于一些表面要求較高 的鋁合金零件，熱處理后表面不能存在任何污漬。鋁合金噴霧冷卻過飽和固溶處理是一種新的淬火冷卻方式。噴霧淬火冷卻是采用 水、氣形成霧狀氣體作為固溶處理的冷卻介質(zhì)，能夠很好的解決鋁合金零件的淬火。噴霧淬 火冷卻，通過調(diào)整噴霧壓縮空氣的量或調(diào)整形成霧狀水的量都能夠很好的解決噴霧的冷卻 速度。增加壓縮空氣的氣體流量和壓力能夠增加噴霧冷卻的冷卻速度，增大噴霧冷卻水的 流量也將增大噴霧冷卻的冷卻速度。同時噴霧冷卻可針對某一部分進行噴霧冷卻，能夠保 證要求光亮部分不被污染，從而獲得要求的表面光亮零件。例如活塞要求內(nèi)腔光潔，則可 對頭部或裙部進行噴霧冷卻；要求裙部外表光潔，則可噴冷內(nèi)腔；這樣既保證零件要求光 亮潔凈部分能夠獲得要求的表面，而且保證零件獲得要求的綜合性能。參見圖1，一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5下方設(shè)置有噴霧裝置，其結(jié)構(gòu)為壓縮空氣進氣氣嘴2旋接在三通3尾部，與噴頭1在同一軸線上；進水嘴4旋接在三通3側(cè)面，呈一定角度，與氣嘴相連通；氣嘴2、三 通3、噴嘴1相互之間構(gòu)成具有一定間隙的負(fù)壓形成區(qū)。進水嘴4靠近三通方向有調(diào)解進水 量小孔。 冷卻淬火臺5下方設(shè)置有水槽6，進水管(其上安裝進水嘴)下端伸入水槽6底 部。
權(quán)利要求
一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法，其特征是按以下步驟進行a)、將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行澆注；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上，通過位于冷卻淬火臺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℃的活塞毛坯件進行淬火冷卻熱處理通過調(diào)整壓縮空氣的壓力和流量，或者調(diào)整進水壓力和進水量，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，對活塞頭部或裙部進行噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內(nèi)腔進行噴霧冷卻；上述噴霧裝置結(jié)構(gòu)為壓縮空氣進氣氣嘴(2)旋接在三通(3)尾部，與噴嘴(1)在同一軸線上；進水嘴(4)旋接在三通(3)側(cè)面，呈一定角度，與氣嘴相連通；氣嘴(2)、三通(3)、噴嘴(1)相互之間形成一定間隙的負(fù)壓形成區(qū)；進水嘴(4)靠三通方向有調(diào)解進水量水孔；c)、b步噴霧冷卻的活塞毛坯件的溫度達(dá)到室溫后，再進行人工時效熱處理將活塞毛坯件加溫至170℃±5℃，恒溫3小時，再加溫至250℃±5℃，恒溫2小時；d)、c步活塞毛坯件經(jīng)人工時效熱處理后，在空氣中自然冷卻降至室溫，再經(jīng)24小時完成自然時效熱處理。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法采用的噴霧裝置，其 特征是所述冷卻淬火臺(5)下方設(shè)置有噴霧裝置，其結(jié)構(gòu)為壓縮空氣進氣氣嘴(2)旋接 在三通(3)尾部，與噴頭(1)在同一軸線上；進水嘴(4)旋接在三通(3)側(cè)面，呈一定角度， 與氣嘴相連通；氣嘴(2)、三通(3)、噴嘴(1)相互之間構(gòu)成具有一定間隙的負(fù)壓形成區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法采用的噴霧裝置，其特征 是所述進水嘴(4)靠近三通方向有調(diào)解進水量小孔。
全文摘要
一種鋁合金活塞噴霧淬火熱處理工藝方法及其裝置，工藝方法步驟如下將熔煉后的合金鋁液采用金屬模具進行達(dá)到澆注；從活塞模具上取下活塞毛坯并放置在冷卻淬火臺上，通過噴霧裝置噴射出的由水、氣形成的霧狀氣體將溫度為420℃～545℃的活塞毛坯進行淬火冷卻熱處理在活塞內(nèi)腔要求光潔情況下，對活塞頭部或裙部進行噴霧冷卻；在活塞裙部外表要求光潔情況下，對活塞內(nèi)腔進行噴霧冷卻；噴霧冷卻后的活塞毛坯件的溫度達(dá)到室溫后，再進行人工時效熱處理；最后，在空氣中自然冷卻降至室溫，并完成24小時自然時效熱處理。本發(fā)明可提高活塞的機械性能，同時可獲得工藝要求的表面光亮零件。
文檔編號C22F1/04GK101880843SQ20101022371
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者夏小兵, 楊慶年, 陳永勇, 馬雷 申請人:成都銀河動力股份有限公司