專利名稱：鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)捌渲圃旆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞用的鑲?cè)?，尤其是一種鋁活塞用普通鑄鐵鑲?cè)Φ慕Y(jié)構(gòu)、組份及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著國內(nèi)外節(jié)能減排形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，通過減少鋁活塞的重量是減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放和降低燃油耗的途徑之一。為了增加鋁活塞的強(qiáng)度，提高活塞的壽命，在活塞的頭部一般需要增加一高強(qiáng)度的鑲?cè)ΑＤ壳?，行業(yè)中大多采用高鎳奧氏體鑲?cè)Γ@種鑲?cè)?0 200°C的線膨脹系數(shù)> 18X ΙΟ"6，跟鋁合金接近，因此高鎳奧氏體鑲?cè)κ桥c鋁活塞結(jié)合較好的鑲?cè)Α?但是因?yàn)檫@種鑲?cè)Ρ仨毤尤氪罅康逆?，所以這種鑲?cè)Φ脑牧铣杀竞椭圃斐杀竞芨?，目前材料成本價(jià)約為18. 3萬/噸；并且制造這種鑲?cè)Υ蟛糠中璨捎秒x心鑄造，鑄件的殘余應(yīng)力比較大，同時(shí)高鎳奧氏體鑲?cè)Φ臋C(jī)加工性能極差，這些缺點(diǎn)為活塞行業(yè)降低成本和提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能形成了一道障礙。如果采用普通合金鑄鐵鑄造鑲?cè)?，普通合金鑄鐵鑲?cè)Φ某杀据^低，約為7000元/噸，并且可采用砂型鑄造、全自動(dòng)造型機(jī)疊箱造型，比離心鑄造節(jié)約了材料。但是，眾所周知，合金鑄鐵的線膨脹系數(shù)為12X 10_6左右，比鋁合金的線膨脹系數(shù)19 21X10_6低，且由于鑲?cè)κ菆A環(huán)型結(jié)構(gòu)，影響了鑲?cè)弯X活塞本體的結(jié)合力，使鑲?cè)Σ荒芾喂痰蔫偳对阡X活塞本體上，經(jīng)過一段時(shí)間使用后，有可能造成鑲?cè)Φ淖冃紊踔翉匿X活塞本體上脫落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠與鋁活塞牢固結(jié)合、工作性能好、且可降低制造成本的鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)捌渲圃旆椒ā榻鉀Q上述技術(shù)問題，本發(fā)明產(chǎn)品所采取的技術(shù)方案是一種鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Γ?包括圓環(huán)型本體以及位于圓環(huán)型本體外圓上的與圓環(huán)型本體一體成型的凸起的支撐臺(tái)，所述圓環(huán)型本體的內(nèi)圓上開設(shè)有均勻分布的內(nèi)齒；所述內(nèi)齒的端面形狀為尖角處圓滑過度的三角形、等腰梯形、矩形或燕尾形的其中一種。所述的鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)含有下述重量百分含量的組份C 3. 4 4. 0%， Si 1. 8 2. 7%, Mn 0. 5 1. 0%, P 0. 25 0. 50%, S 0. 015 0. 025，Cr 0. 2 0. 5%, Cu 0. 2 0. 5%，Ti 0. 1 0. 25%，余量為 Fe。上述鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Φ闹圃旆椒?，包括下述過程
(1)將所述各組份放入變頻電爐中進(jìn)行熔煉，勻速升溫；到溫后經(jīng)過兩次孕育處理，總孕育量為0. 2 0. 4% ；然后繼續(xù)升溫至過熱，出爐溫度1500°c，澆注溫度為1380 1420°C;
(2)在自動(dòng)造型機(jī)上用砂型鑄造，采用疊箱造型；
(3)對(duì)鑲?cè)γ鲯佂杼幚?，清除表面粘砂，并進(jìn)行去應(yīng)力處理；
(4)對(duì)鑲?cè)C(jī)加工，磨平兩端面，并去除尖角毛刺；
(5)再次對(duì)鑲?cè)M(jìn)行拋丸處理，然后進(jìn)行物理防銹保護(hù)處理。
采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于
(1)本發(fā)明鑲?cè)Y(jié)構(gòu)獨(dú)特，鑲?cè)?nèi)壁設(shè)置有凹凸的齒形，在生產(chǎn)鋁活塞時(shí)鋁活塞的外表面也會(huì)形成凹凸的齒形，鑲?cè)Φ膬?nèi)齒和鋁活塞的鋁基體能夠形成非常強(qiáng)的結(jié)合力，減少了鋁活塞在高溫時(shí)的變形，并防止了使用過程中的脫圈現(xiàn)象。(2)本發(fā)明鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)采用優(yōu)選的合金配比，不含貴重的鎳，且加入耐磨的合金元素，可滿足鋁活塞的各項(xiàng)功能和性能。采用本發(fā)明鑄鐵成分的配比，鑲?cè)Φ木€膨脹系數(shù)為 16 18X10-6，與鋁合金的線膨脹系數(shù)接近。由于采用了特殊合金鑄鐵鑲?cè)?，使得鋁活塞在機(jī)加工過程中的切削性能極大改善，降低了加工刀具的消耗，可節(jié)省刀具費(fèi)用約6元。本發(fā)明鑲?cè)εc高鎳奧氏體鑲?cè)ο啾?，可降低生產(chǎn)材料成本約8元/片，若全年生產(chǎn)鋁活塞毛坯 200萬只，可降低采購費(fèi)用1600萬元，大大降低了生產(chǎn)成本。(3)本發(fā)明的制造方法為全自動(dòng)造型機(jī)砂型鑄造，鑄造及機(jī)加工應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于離心鑄造，可改善活塞的高溫體積穩(wěn)定性，能達(dá)到很高的抗拉、抗彎強(qiáng)度和耐磨性能。本發(fā)明鑲?cè)Σ粌H能滿足活塞在常溫和高溫下的工作性能，還降低了鋁活塞的制造成本，同時(shí)降低了活塞的重量，進(jìn)而降低了燃油耗。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的A-A剖視圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中，1、支撐臺(tái)；2、圓環(huán)型本體；3、內(nèi)齒。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1
本鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Φ慕Y(jié)構(gòu)參見附圖1和附圖2，本實(shí)施例中的鋁活塞用鑲?cè)Y(jié)構(gòu)中包括一圓環(huán)型本體2，在該圓環(huán)型本體2外圓上的中間部位設(shè)有一凸出的環(huán)形的支撐臺(tái)1， 所述支撐臺(tái)1與圓環(huán)型本體2是一體鑄造成型的。圓環(huán)型本體2的內(nèi)圓為均布的內(nèi)齒3，該實(shí)施例中內(nèi)齒3的端面形狀為三角形，該三角形每個(gè)角均圓角過度，比較平緩。本實(shí)施例的鑲?cè)m用于活塞直徑小于IOOmm的鋁活塞。本實(shí)施例的鑄鐵鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)選擇合適的碳、硅、錳、磷、硫、鉻、銅的含量，各成分的具體重量百分含量參見表1，其中每個(gè)實(shí)施例中的余量均為狗。本實(shí)施例的鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Φ闹圃旆椒òㄏ铝羞^程。(1)將上述配比合適的原材料放入一噸變頻電爐熔煉，并進(jìn)行兩次孕育處理，加入孕育劑，總孕育量為0. 2 0. 4%，然后繼續(xù)升溫至過熱，1500度出爐，澆注溫度1380 1420 度。( 2 )在自動(dòng)造型機(jī)上采用砂型疊箱造型，然后進(jìn)行澆注。(4)對(duì)所得的鑲?cè)γ鲯佂杼幚?，清除表面粘砂，并進(jìn)行去應(yīng)力處理。
(5)對(duì)鑲?cè)C(jī)加工，磨平兩端面。(6)對(duì)鑲?cè)M(jìn)行表面處理去除尖角毛刺。(7)再次對(duì)鑲?cè)M(jìn)行拋丸處理。(8)對(duì)鑲?cè)M(jìn)行物理防銹保護(hù)處理，防止其生銹。(9)將鑲?cè)Ψ诺饺詣?dòng)澆鑄機(jī)中，澆鑄鋁活塞。本實(shí)施例的鑲?cè)Φ臋C(jī)械性能為(1)抗拉強(qiáng)度205Mpa ;(2)抗彎強(qiáng)度3 Mpa ； (3)金相組織為石墨5級(jí)，基體為珠光體；(4)硬度為98 HRB; (5)鑲?cè)Y(jié)合力為17. 2 Mpa ； (6)活塞在高溫的體積穩(wěn)定性0.019%。其完全可以滿足活塞的使用要求。實(shí)施例2
實(shí)施例2的鑲?cè)Φ慕Y(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的地方是內(nèi)齒3的形狀不一樣。參見附圖3，實(shí)施例2中內(nèi)齒的形狀為等腰梯形，等腰梯形的每相鄰兩個(gè)邊之間亦為圓角過渡。這種結(jié)構(gòu)的鑲?cè)m用于活塞直徑為100 130mm的鋁活塞。本實(shí)施例的鑄鐵鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)的重量百分含量參見表1，制造方法同實(shí)施例1 ；機(jī)械性能參見表2，其它性能或者金相組織與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3
本實(shí)施例的鑲?cè)Φ慕Y(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的不同之處是內(nèi)齒3的形狀不同。參見附圖4，本實(shí)施例中內(nèi)齒3的端面形狀為矩形，矩形的每相鄰兩個(gè)邊之間亦為圓角過渡。這種結(jié)構(gòu)的鑲?cè)m用于活塞直徑130 150mm的鋁活塞。本實(shí)施例的鑄鐵鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)的重量百分含量參見表1，制造方法同實(shí)施例1 ；機(jī)械性能參見表2，其它性能或者金相組織與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4
本實(shí)施例的鑲?cè)Φ慕Y(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的不同之處是內(nèi)齒3的形狀不同。參見附圖5，本實(shí)施例中內(nèi)齒3的端面形狀為燕尾形，燕尾形的每相鄰兩個(gè)邊之間亦為圓角過渡。這種結(jié)構(gòu)的鑲?cè)m用于活塞直徑大于150mm的鋁活塞。本實(shí)施例的鑄鐵鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)的重量百分含量參見表1，制造方法同實(shí)施例1 ；機(jī)械性能參見表2，其它性能或者金相組織與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5 7
實(shí)施例5、6和7的結(jié)構(gòu)分別與實(shí)施例2、3、4相同。本實(shí)施例的鑄鐵鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)的重量百分含量參見表1，制造方法同實(shí)施例1 ；機(jī)械性能參見表2，其它性能或者金相組織與實(shí)施例1相同。表1各實(shí)施例的化學(xué)成分、硬度及金相組織
權(quán)利要求
1.一種鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Γ▓A環(huán)型本體(2)以及位于圓環(huán)型本體(2)外圓上的與圓環(huán)型本體(2)—體成型的凸起的支撐臺(tái)(1)，其特征在于所述圓環(huán)型本體(2)的內(nèi)圓上開設(shè)有均勻分布的內(nèi)齒(3)；所述內(nèi)齒(3)的端面形狀為尖角處圓滑過度的三角形、等腰梯形、矩形或燕尾形的其中一種。
2.權(quán)利要求1所述的鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Γ涮卣髟谟谄洳馁|(zhì)含有下述重量百分含量的組份=C 3. 4 4. 0%, Si 1. 8 2. 7%, Mn 0. 5 1. 0%, P 0. 25 0. 50%, S 0. 015 0. 025，Cr 0. 2 0. 5%, Cu 0. 2 0. 5% ,Ti 0. 1 0. 30%,余量為 Fe。
3.權(quán)利要求2所述的鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)Φ闹圃旆椒?，其特征在于包括下述過程(1)將所述各組份放入變頻電爐中進(jìn)行熔煉，勻速升溫；到溫后經(jīng)過兩次孕育處理，總孕育量為0. 2 0. 4% ；然后繼續(xù)升溫至過熱，出爐溫度1500°C，澆注溫度為1380 1420°C;(2)在自動(dòng)造型機(jī)上用砂型鑄造，采用疊箱造型；(3)對(duì)鑲?cè)γ鲯佂杼幚?，清除表面粘砂，并進(jìn)行去應(yīng)力處理；(4)對(duì)鑲?cè)C(jī)加工，磨平兩端面，并去除尖角毛刺；(5)再次對(duì)鑲?cè)M(jìn)行拋丸處理，然后進(jìn)行物理防銹保護(hù)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁活塞用鑄鐵鑲?cè)捌渲圃旆椒?，其包括圓環(huán)型本體以及位于圓環(huán)型本體外圓上的與圓環(huán)型本體一體成型的凸起的支撐臺(tái)，圓環(huán)型本體的內(nèi)圓上開設(shè)有均勻分布的內(nèi)齒；內(nèi)齒的端面形狀為尖角處圓滑過度的三角形、等腰梯形、矩形或燕尾形的其中一種。鑲?cè)Φ慕M份沒有使用貴重鎳，而是加入了其他耐磨的金屬材料；鑲?cè)Φ拿鞑捎米詣?dòng)造型機(jī)砂型鑄造，疊箱造型，并進(jìn)行拋丸處理。本發(fā)明鑲?cè)Y(jié)構(gòu)獨(dú)特，和鋁活塞的鋁基體有很強(qiáng)的結(jié)合力，防止鋁活塞在高溫時(shí)的變形和脫圈，能提高鑲?cè)弯X的粘結(jié)力；本鑲?cè)Φ牟馁|(zhì)采用優(yōu)選的合金配比，不含貴重的鎳，降低了生產(chǎn)成本；本制造方法的鑄造及機(jī)加工應(yīng)力小于離心鑄造，可改善活塞的高溫體積穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B22C9/22GK102384264SQ20111036182
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者張彩霞, 李樹林, 王季明, 郭正偉 申請(qǐng)人:石家莊金剛內(nèi)燃機(jī)零部件集團(tuán)有限公司