專利名稱：一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁缸體的組合成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸部件，特別是一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁合金缸體組合成形的制造方法。
背景技術(shù)：
缸套作為內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生動(dòng)力的核心零件之一，其工作面是活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)承受摩擦的導(dǎo)向面，缸套的使用可靠性在很大程度上決定著內(nèi)燃機(jī)的使用周期。目前，部分輕型內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)為了減輕重量采用了鋁合金汽缸體，但是，與活塞相配的汽缸套仍然采用鑄鐵材料，在鋁合金缸體壓鑄時(shí)，將鑄鐵缸套與鋁合金缸體鑄造成一體。近年來，鋁合金缸套的技術(shù)開發(fā)成為重要議題，已有技術(shù)分別敘述如下1.高硅鋁合金氣缸套，其工藝主要是采用快速凝固噴射成形+高溫?cái)D壓。德國(guó)戴姆勒-奔馳汽車制造公司與PEAK公司合作已將該法應(yīng)用于部分高檔轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸套的制造(見中華人民共和國(guó)專利局“發(fā)明專利申請(qǐng)公開說明書”，發(fā)明名稱超共晶鋁合金汽缸襯筒及其制造方法；申請(qǐng)?zhí)?5117636.6 ；申請(qǐng)日95. 10. 24;
公開日:1996年8月28曰)。但是，該法工藝流程長(zhǎng)，工藝參數(shù)控制難度大；設(shè)備投入大，氣缸套制造成本很高，因此未能廣泛推廣。2.鋁合金氣缸內(nèi)表面涂覆法，主要是對(duì)鋁合金缸套內(nèi)表面進(jìn)行陶瓷化處理，如噴涂耐磨涂層或激光燒結(jié)Si，Al2O3等耐磨顆粒。該法的主要不足在于熔覆層有孔洞，且氣缸套內(nèi)表面涂層與基體合金部分的結(jié)合過渡劇烈，容易形成應(yīng)力集中，在使用過程中出現(xiàn)熔覆層脫落的現(xiàn)象。另外，該工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，且設(shè)備投資大。3.離心鑄造法制備初晶Si/Mg2Si顆粒增強(qiáng)缸套內(nèi)層工藝(見中華人民共和國(guó)專利局“發(fā)明專利申請(qǐng)公開說明書”，發(fā)明名稱內(nèi)層顆粒增強(qiáng)缸套及其制造方法；申請(qǐng)?zhí)?00810070197.0 ；申請(qǐng)日2008. 8. 27 ；
公開日2009年1月7日)。這種方法的最大特點(diǎn)是盡可能的遵循了現(xiàn)有普通鑄鐵缸套的制造方法，生產(chǎn)效率高且工藝簡(jiǎn)單。然而，這種缸套由于是顆粒內(nèi)層增強(qiáng)，在離心鑄造過程中，鑄造夾渣、氣孔等缺陷與顆粒同時(shí)偏移至鑄件內(nèi)層區(qū)域，致使其機(jī)械加工難度增大，缸套成品率降低并影響了其耐磨性能。4.目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了關(guān)于含鐵鋁合金離心鑄造制備自生梯度功能復(fù)合材料(Functionally Gradient Materials，簡(jiǎn)稱FGM)的基礎(chǔ)研究。華中理工大學(xué)楊光照等人研究了 Al-5wt% Fe-6wt% Si_2. 5wt% Mn合金在金屬型離心鑄造下(500_1000rpm)得到初生鋁鐵相沿鑄管壁厚梯度分布的自生復(fù)合材料(見期刊《特種鑄造及有色合金》；1997年第2期；P11-14)；武漢科技學(xué)院的徐自立和華中科技大學(xué)的魏伯康、林漢同采用離心鑄造(500-1000rpm)制備了 Al-(4-8)wt% Fe-(3-12)wt% Si合金的梯度功能復(fù)合材料。試驗(yàn)表明在離心力場(chǎng)下，鋁鐵相發(fā)生了徑向移動(dòng)(見期刊《特種鑄造及有色合金》；2001年第3 期；P16-17)。根據(jù)以上鋁鐵合金的研究文獻(xiàn)，本申請(qǐng)者認(rèn)為鋁合金缸套應(yīng)該具有良好的耐磨性能，因此，合金中耐磨初生鋁鐵相的含量應(yīng)該足夠高，即合金中的鐵含量須足夠高；同時(shí)，為了細(xì)化初生鋁鐵相，合金中應(yīng)加入一定量的錳金屬。在現(xiàn)有的鋁基高鐵合金離心鑄造制備自生梯度功能復(fù)合材料FGM的基礎(chǔ)研究中，對(duì)錳的作用的研究是不完善的；另外，從鋁合金缸套要求的具有低熱膨脹系數(shù)方面考慮，合金中的硅元素應(yīng)該為共晶或過共晶成分，也就是硅含量應(yīng)該為12-13wt% (共晶成分)，或者應(yīng)該是13wt%以上(過共晶成分)。同時(shí)，當(dāng)硅含量為13wt%以上(過共晶成分)時(shí)，在形成初生鋁鐵相時(shí)，還將形成初生硅相，這也是一種高硬度的耐磨相。在現(xiàn)有的鋁基高鐵合金離心鑄造制備自生梯度功能復(fù)合材料FGM的基礎(chǔ)研究中，對(duì)硅的作用的研究是不完善的。據(jù)此分析，現(xiàn)有的采用離心鑄造來制備Al-Fe合金的初生鋁鐵相梯度功能復(fù)合材料的研究是基礎(chǔ)性的，而本專利從制備鋁合金汽缸套產(chǎn)品角度出發(fā)，提出了如下發(fā)明1)在富鐵鋁合金中，鐵含量控制在在富鐵鋁合金中，錳含量控制在4-15wt%;3)在富鐵鋁合金中，硅含量控制在12-25wt%;4)由于在離心鑄造鋁合金鑄件毛坯的內(nèi)層中含有大量的氣孔和渣孔等缺陷(它們的密度比鋁合金液低，在離心場(chǎng)中將向鑄件內(nèi)層運(yùn)動(dòng))，現(xiàn)有的研究采用的離心轉(zhuǎn)速偏低(500-1000rpm)，不足以使這些缺陷完全偏聚到鑄件毛坯內(nèi)層。本發(fā)明離心轉(zhuǎn)速控制在1000-5000rpm ；5)提出了 Al-Si-Fe-Mn合金汽缸套與發(fā)動(dòng)機(jī)鋁缸體的壓力鑄造方法；6)提出了 Al-Si-Fe-Mn合金汽缸套與發(fā)動(dòng)機(jī)鋁缸體鑄造成形后的后續(xù)機(jī)械加工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁缸體的組合成形方法。該鋁缸套的鑄件毛坯由離心鑄造獲得，鑄件毛坯在徑向方向上分為外層顆粒增強(qiáng)層與內(nèi)層非增強(qiáng)層。通過機(jī)械加工切除鑄件毛坯內(nèi)層非增強(qiáng)層，從外層顆粒增強(qiáng)層中獲得孔隙率低，機(jī)械強(qiáng)度高，內(nèi)表面耐磨的顆粒增強(qiáng)缸套。進(jìn)一步，所述鋁缸套中的增強(qiáng)顆粒為初晶Si和初晶Alfe混合顆粒，或單一初晶Al3Fe顆粒。進(jìn)一步，所述鋁缸套的顆粒體積分?jǐn)?shù)為15-45%。進(jìn)一步，所述鋁缸套基體材料為鋁或鋁基合金。進(jìn)一步，缸套基體材料選用Al-Si系合金，并在液態(tài)Al-Si中加入Fe、Mn,形成Al-Si-Fe-Mn 合金，其中 Si 含量為 12_25wt%，F(xiàn)e 含量為 8_15wt%，Mn 含量為 4_15wt%，及其少量的Cu、Ni、Ti，其余為Al ；當(dāng)Si含量在12-13wt%時(shí)，在離心鑄造凝固過程中在鑄件毛坯的外層中得到單一的Al3Fe顆粒；當(dāng)Si含量大于13wt%時(shí)，在鑄件毛坯的外層中得到初晶Si和Al3Fe混合顆粒。離心鑄造過程中，轉(zhuǎn)速為1000-5000rpm，澆注溫度為780_900°C，模具預(yù)熱溫度為100-400°C。進(jìn)一步，缸套鑄件毛坯內(nèi)孔經(jīng)過車削加工，加工厚度為l_6mm，使含有氣孔、渣孔的缸套內(nèi)層去除，從而在鑄件外層偏聚層中獲得含有初晶Si和初晶Al3Fe混合顆粒，或單一初晶Alfe顆粒的缸套。進(jìn)一步，在鋁合金缸體壓鑄時(shí)(高壓或者低壓鑄造)，經(jīng)機(jī)械加工的缸套零件送入壓鑄機(jī)，與鋁合金缸體經(jīng)過壓力鑄造組合成形為一體，結(jié)合界面為冶金結(jié)合。進(jìn)一步，機(jī)械加工鑄造組合成形一體的缸套和缸體，缸套內(nèi)表面車削加工去除厚度0. 5-2. 0mm，然后珩磨、拋光，最后裝配活塞、活塞環(huán)及其它零件，獲得全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明缸套為外層顆粒增強(qiáng)，在離心鑄造過程中，或單一Al3Fe顆粒向鑄件外層偏聚，或Al3Fe顆粒帶動(dòng)初晶Si顆粒一起向鑄件外層偏聚，而鑄造過程中產(chǎn)生的夾渣、氣孔等缺陷則向鑄件的內(nèi)層區(qū)域偏移并形成內(nèi)層非增強(qiáng)集渣層。通過機(jī)械加工切除掉內(nèi)層集渣層就能夠從外層顆粒聚集區(qū)得到不含任何夾渣物的缸套零件，其機(jī)械性能優(yōu)良，熱性能好，抗耐磨性能強(qiáng)。與噴射沉積鋁合金缸套工藝相比，本發(fā)明制造工藝簡(jiǎn)單，可參照現(xiàn)行的離心鑄造制備鑄鐵汽缸套的工藝；設(shè)備投入小，現(xiàn)行的生產(chǎn)鑄鐵缸套的設(shè)備完全可以勝任；生產(chǎn)效率高。因此，本發(fā)明缸套生產(chǎn)成本低，具有廣泛推廣的可能性；與鋁合金氣缸內(nèi)表面涂覆工藝相比，本發(fā)明缸套中的增強(qiáng)顆粒為自生顆粒，即增強(qiáng)顆粒在鑄造冷卻過程中自熔體中產(chǎn)生，與基體結(jié)合牢固，因此，大大降低了缸套使用過程中耐磨顆粒失效脫落的幾率，延長(zhǎng)了缸套的使用壽命；與離心鑄造法制備初晶Si/Mg2Si顆粒增強(qiáng)Al-Si-Mg合金缸套內(nèi)層工藝相比，由于本發(fā)明缸套中的增強(qiáng)顆粒多為鋁鐵相，具有較大的密度，在離心場(chǎng)中將偏聚到鑄件外層，而鑄造過程中產(chǎn)生的氣孔、夾渣等缺陷將偏聚到鑄件內(nèi)層，這樣就最大程度的保證了鑄件外層，即缸套的內(nèi)層使用表面不含任何缺陷，提高了零件的強(qiáng)度和耐磨性。本發(fā)明由于在合金中加入了狗元素，降低了鋁缸套在與鑄鐵(鋼)活塞環(huán)之間相互摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)，進(jìn)一步提高了缸套的持久耐磨性。另外，本發(fā)明在后續(xù)的缸套加工成品率也大大提高；與傳統(tǒng)的鑄鐵缸套相比，本發(fā)明鋁合金缸套的密度只有鑄鐵材料的三分之一，因此能極大的減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，這符合當(dāng)前行業(yè)內(nèi)減重降排的發(fā)展要求；因本發(fā)明鋁合金缸套具有與鋁合金活塞大致相同的熱膨脹系數(shù)，在使用過程中具有近似的膨脹量，熱機(jī)工況更加穩(wěn)定，因此，在裝機(jī)時(shí)可以適當(dāng)降低缸套與活塞之間的配缸間隙，有利于減小內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)串氣的發(fā)生，從而減少尾氣排放量；此外，鋁合金缸套的導(dǎo)熱性能優(yōu)良，能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作缸溫，也能起到降低尾氣排放的作用。該缸套的制造工藝與現(xiàn)有的鑄鐵離心鑄造工藝完全相同，且后續(xù)的加工，壓力鑄造等工序也基本相同，這為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)、替換鐵缸套提供了可能性。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖為本發(fā)明實(shí)施過程的缸套(鑄件)及其與缸體組合成形的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1為本發(fā)明缸套筒狀鑄件橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示本實(shí)施例的外層顆粒增強(qiáng)缸套包括外層的顆粒增強(qiáng)層(1)和內(nèi)層的非增強(qiáng)層0)，增強(qiáng)層(1)由增強(qiáng)顆粒分布在缸套基體內(nèi)構(gòu)成，非增強(qiáng)層O)內(nèi)沒有增強(qiáng)顆粒，為夾渣(3)、氣孔(4)等缺陷聚集區(qū)。顆粒增強(qiáng)層(1)與非增強(qiáng)層(2)通過冶金結(jié)合的方式進(jìn)行結(jié)合。其中，增強(qiáng)顆粒為初晶Al3Fe和初晶Si混合顆?；騿我怀蹙lfe顆粒，基體材料為鋁或鋁基合金。圖2為本發(fā)明鑄件經(jīng)過機(jī)械加工后的缸套零件橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示鑄件毛坯經(jīng)過機(jī)械加工去除內(nèi)層非增強(qiáng)層( 后，留下了外層顆粒增強(qiáng)層(1)，缸套內(nèi)表面為含有耐磨顆粒的組織。圖3為本發(fā)明鋁缸套和鋁缸體壓力鑄造組合成形后的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示(1)為本發(fā)明鋁缸套，(5)為鋁缸體。
具體實(shí)施例方式以下為鋁缸套增強(qiáng)層內(nèi)的顆粒按體積百分含量的實(shí)施例實(shí)施例一增強(qiáng)層內(nèi)的增強(qiáng)顆粒按體積百分含量大于等于15% ；Si含量為12-13wt%，未能形成初晶Si顆粒，增強(qiáng)顆粒為單一初晶Alfe顆粒。增強(qiáng)顆粒Al3Fe在離心場(chǎng)向外層偏移，形成顆粒增強(qiáng)層與非增強(qiáng)層。實(shí)施例二增強(qiáng)層內(nèi)的增強(qiáng)顆粒按體積百分含量為20% ；Si含量為12-13wt%，未能形成初晶Si顆粒，增強(qiáng)顆粒為單一初晶Alfe顆粒。本實(shí)施例增強(qiáng)層內(nèi)的顆粒百分含量使缸套的耐磨性能優(yōu)于實(shí)施例一。實(shí)施例三增強(qiáng)層內(nèi)的增強(qiáng)顆粒按體積百分含量為30% ；Si含量為12-13wt%，未能形成初晶Si顆粒，增強(qiáng)顆粒為單一初晶Alfe顆粒。本實(shí)施例增強(qiáng)層內(nèi)的顆粒百分含量使缸套的耐磨性能優(yōu)于實(shí)施例二。實(shí)施例四增強(qiáng)層內(nèi)的增強(qiáng)顆粒按體積百分含量大于等于15% ；Si含量大于13wt%，增強(qiáng)顆粒為初晶Al3Fe和初晶Si混合顆粒。本實(shí)施例增強(qiáng)層內(nèi)的顆粒百分含量使缸套的耐磨性能優(yōu)于實(shí)施例一。實(shí)施例五增強(qiáng)層內(nèi)的增強(qiáng)顆粒按體積百分含量為25% ；Si含量大于13wt%，增強(qiáng)顆粒為初晶Alfe和初晶Si混合顆粒。本實(shí)施例增強(qiáng)層內(nèi)的顆粒百分含量使缸套的耐磨性能優(yōu)于實(shí)施例二和實(shí)施例四。實(shí)施例六增強(qiáng)層內(nèi)的增強(qiáng)顆粒按體積百分含量為35% ；Si含量大于13wt%，增強(qiáng)顆粒為初晶Alfe和初晶Si混合顆粒。本實(shí)施例增強(qiáng)層內(nèi)的顆粒百分含量使缸套的耐磨性能優(yōu)于實(shí)施例三和實(shí)施例五。實(shí)施例七增強(qiáng)層內(nèi)的增強(qiáng)顆粒按體積百分含量為45% ；Si含量大于13wt%，增強(qiáng)顆粒為初晶Alfe和初晶Si混合顆粒。本實(shí)施例增強(qiáng)層內(nèi)的顆粒百分含量使缸套的耐磨性能優(yōu)于實(shí)施例六。以下為本發(fā)明缸套制備及其與鋁合金缸體組合成形的制造方法實(shí)施例。制造實(shí)施例一一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)復(fù)合材料的制備、鑄造、鑄件后續(xù)加工及鋁合金缸體缸套壓鑄成形、后續(xù)加工。增強(qiáng)顆粒為初晶Alfe與初晶Si的混合顆粒。在離心鑄造過程中，鑄件毛坯中的Alfe顆粒向著鑄件的外層偏移，且偏移過程中帶動(dòng)密度較小的初晶Si顆粒一起向外層聚集，最終形成徑向上的外層顆粒增強(qiáng)層和內(nèi)層非增強(qiáng)層。其中，內(nèi)層非增強(qiáng)層為夾渣、氣孔等缺陷聚集區(qū)，在后續(xù)的機(jī)械加工中被切除。
增強(qiáng)顆粒是材料呈液態(tài)時(shí)加入Fe、Si，然后在鑄造凝固過程中自熔體中析出。其中，Si含量大于13wt%。離心鑄造過程中，轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，澆注溫度為780-900°C，模具預(yù)熱溫度為100-400°C。鑄件在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，得到本發(fā)明的缸套零件。本發(fā)明的缸套零件采用高壓鑄造或低壓鑄造，與鋁缸體鑲鑄成一體；然后進(jìn)行該鑲鑄體的機(jī)械加工，缸套內(nèi)表面加工量0. 5-2. Omm ；對(duì)缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。制造實(shí)施例二一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)復(fù)合材料的制備、鑄造、鑄件后續(xù)加工及鋁合金缸體缸套壓鑄成形、后續(xù)加工。增強(qiáng)顆粒為初晶Alfe與初晶Si的混合顆粒。在離心鑄造過程中，鑄件毛坯中的Alfe顆粒向著鑄件的外層偏移，且偏移過程中帶動(dòng)密度較小的初晶Si顆粒一起向外層聚集，最終形成徑向上的外層顆粒增強(qiáng)層和內(nèi)層非增強(qiáng)層。其中，內(nèi)層非增強(qiáng)層為夾渣，氣孔等缺陷聚集區(qū)，在后續(xù)的機(jī)械加工中被切除。增強(qiáng)顆粒是在材料液態(tài)時(shí)加入Fe、Si，然后在鑄造凝固過程中自熔體中析出。其中，Si含量大于13% Wt0離心鑄造過程中，轉(zhuǎn)速為5000rpm，澆注溫度為780-900°C，模具預(yù)熱溫度為100-400°C。鑄件在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，得到本發(fā)明的缸套零件。本發(fā)明的缸套零件采用高壓鑄造或低壓鑄造，與鋁缸體鑲鑄成一體；然后進(jìn)行該鑲鑄體的機(jī)械加工，缸套內(nèi)表面加工量0. 5-2. Omm ；對(duì)缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。制造實(shí)施例三一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)復(fù)合材料的制備、鑄造、鑄件后續(xù)加工及鋁合金缸體缸套壓鑄成形、后續(xù)加工。增強(qiáng)顆粒為初晶Alfe單一顆粒。在離心鑄造過程中，單一初晶Alfe顆粒中向著鑄件的外層偏移，最終形成徑向上的外層顆粒增強(qiáng)層和內(nèi)層非增強(qiáng)層。其中，內(nèi)層非增強(qiáng)層為夾渣，氣孔等缺陷聚集區(qū)，在后續(xù)的機(jī)械加工中被切除。增強(qiáng)顆粒是在材料液態(tài)時(shí)加入Fe、Si，然后在鑄造凝固過程中自熔體中析出。其中，Si含量為12-13wt%。離心鑄造過程中，轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，澆注溫度為780_900°C，模具預(yù)熱溫度為100-400°C。鑄件在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，得到本發(fā)明的缸套零件。本發(fā)明的缸套零件采用高壓鑄造或低壓鑄造，與鋁缸體鑲鑄成一體；然后進(jìn)行該鑲鑄體的機(jī)械加工，缸套內(nèi)表面加工量0. 5-2. Omm ；對(duì)缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。制造實(shí)施例四一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)復(fù)合材料的制備、鑄造、鑄件后續(xù)加工及鋁合金缸體缸套壓鑄成形、后續(xù)加工。增強(qiáng)顆粒為初晶Alfe單一顆粒。在離心鑄造過程中，單一初晶Alfe顆粒中向著鑄件的外層偏移，最終形成徑向上的外層顆粒增強(qiáng)層和內(nèi)層非增強(qiáng)層。其中，內(nèi)層非增強(qiáng)層為夾渣，氣孔等缺陷聚集區(qū)，在后續(xù)的機(jī)械加工中被切除。增強(qiáng)顆粒是在材料液態(tài)時(shí)加入Fe、Si，然后在鑄造凝固過程中自熔體中析出。其中，Si含量為12-13wt%。離心鑄造過程中，轉(zhuǎn)速為5000rpm，澆注溫度為780_900°C，模具預(yù)熱溫度為100-400°C。鑄件在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，得到本發(fā)明的缸套零件。本發(fā)明的缸套零件采用高壓鑄造或低壓鑄造，與鋁缸體鑲鑄成一體；然后進(jìn)行該鑲鑄體的機(jī)械加工，缸套內(nèi)表面加工量0. 5-2. Omm ；對(duì)缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明中通過調(diào)整鋁合金中 ^、Μη與Si的相對(duì)含量與離心成形工藝(澆注溫度、模具溫度、離心轉(zhuǎn)速等)，可以實(shí)現(xiàn)缸套增強(qiáng)層中不同的增強(qiáng)顆粒種類(單一顆粒或混合顆粒)，可以實(shí)現(xiàn)缸套增強(qiáng)層厚度的變化控制以及增強(qiáng)層中增強(qiáng)顆粒的不同體積分?jǐn)?shù)的控制；通過調(diào)整合金成分(如加入Sr，Ti，Cu)、變質(zhì)處理及變化澆注參數(shù)，可以控制初晶Al3Feja晶Si的顆粒形貌及尺寸大小。而通過對(duì)增強(qiáng)層厚度、增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)及增強(qiáng)顆粒的形貌大小等的設(shè)計(jì)控制，可以達(dá)到設(shè)計(jì)、控制缸套的耐磨性能、機(jī)械性能、導(dǎo)熱性能及熱穩(wěn)定性寸。因此，可以通過簡(jiǎn)單的工藝調(diào)整進(jìn)一步優(yōu)化該缸套的系列性能指標(biāo)，并且制造工藝簡(jiǎn)單，便于控制，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高。需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套，其特征在于所述缸套中含有大量的初晶Si和初晶Al3Fe混合顆?；騿我怀蹙lfe顆粒。
2.—種權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套，其特征在于所述缸套內(nèi)顆粒體積分?jǐn)?shù)為15-45% ο
3.—種權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套，其特征在于所述缸套基體材料為鋁或鋁基合金。
4.一種權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套的鑄件毛坯，其特征在于所述缸套的鑄件毛坯在徑向方向上由外層顆粒增強(qiáng)層(1)與內(nèi)層非增強(qiáng)層( 組成，顆粒增強(qiáng)層(1)中分布有大量的初晶Si和初晶Al3Fe混合顆?；騿我怀蹙lfe顆粒；非增強(qiáng)層(2)中不含顆粒，為夾渣(3)、氣孔(4)等缺陷聚集區(qū)。
5.一種權(quán)利要求4所述的顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套的鑄件毛坯的制造方法，包括液態(tài)復(fù)合材料的熔制和離心鑄造，其特征在于在液態(tài)Al合金中加入i^、Si、Mn，形成Al-Si-Fe-Mn合金，其中，Si含量為12-25wt%，！^e含量為8_15wt%，Mn含量為4_15wt%，及其少量的Cu、Ni、Ti，其余為Al ；當(dāng)Si含量在12-13wt%時(shí)，在鑄造凝固過程中在鑄件毛坯的顆粒增強(qiáng)層(1)中形成單一初晶Alfe顆粒，當(dāng)Si含量大于13wt%時(shí)，在鑄件毛坯的顆粒增強(qiáng)層(1)中形成初晶Si和Alfe混合顆粒；離心鑄造過程中，離心轉(zhuǎn)速為1000-5000rpm，澆注溫度為780-900°C，模具預(yù)熱溫度為100-400°C。
6.一種權(quán)利要求4所述的顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套的鑄件毛坯的機(jī)械加工方法，其特征在于對(duì)離心鑄造制備的缸套鑄件毛坯按缸套幾何尺寸要求進(jìn)行車削加工，內(nèi)孔加工量為l-6mm，以去除鑄件毛坯中含有夾渣(3)、氣孔的非增強(qiáng)層O)，從而在顆粒增強(qiáng)層(1)中獲得含有初晶Si和初晶Alfe混合顆粒，或單一初晶Alfe顆粒的缸套。
7.—種權(quán)利要求1和6所述的顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套與鋁缸體的組合成形方法，其特征在于在壓力鑄造鋁合金缸體時(shí)將機(jī)加工后的鋁缸套鑲鑄在鋁缸體中，鋁缸套與鋁缸體通過壓力鑄造得到它們的組合成形體，結(jié)合處為冶金結(jié)合。
8.—種權(quán)利要求7所述的顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套與鋁合金缸體的組合成形體的機(jī)械加工方法，其特征在于對(duì)組合成形體按幾何尺寸要求進(jìn)行機(jī)械加工，對(duì)組合成形體的缸套內(nèi)表面進(jìn)行粗車、精車，車削加工厚度為0. 5-2. 0mm，然后珩磨、拋光處理，最后裝配活塞、活塞環(huán)及其它零件，得到全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
一種顆粒增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)鋁缸套及其與鋁缸體的組合成形工藝。該鋁缸套鑄件毛坯包括徑向的外層顆粒增強(qiáng)層和內(nèi)層非增強(qiáng)層。通過機(jī)械加工切除鑄件毛坯內(nèi)層非增強(qiáng)層，從外層增強(qiáng)層中獲得該缸套。該鋁缸套與鋁缸體進(jìn)行高壓或低壓壓力鑄造組合成形后能夠?qū)崿F(xiàn)冶金結(jié)合。本發(fā)明采用離心鑄造方法使熔制的均質(zhì)鋁基復(fù)合材料中的Al3Fe和初晶Si增強(qiáng)顆粒分布于鑄件外層區(qū)域，通過機(jī)械加工去除含有鑄造夾渣、氣孔等缺陷的鑄件內(nèi)層區(qū)域，獲得內(nèi)表面含有增強(qiáng)顆粒的缸套，藉此提高了缸套的耐磨性能及使用壽命。該鋁缸套的使用能明顯改善熱機(jī)工況，有效降低缸溫，減少尾氣的排放，并為增大內(nèi)燃機(jī)壓縮比從而進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率提供了可能性。
文檔編號(hào)B22D13/04GK102383961SQ20111028027
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者劉昌明, 林雪冬 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)