專利名稱：一種顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金氣缸套及其鑄造方法。特別是一種顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其制造方法。
背景技術(shù)：
氣缸套作為內(nèi)燃機(jī)的核心部件之一，其內(nèi)壁直接與高溫、高壓燃?xì)饨佑|，工作溫度高，熱負(fù)荷大；并與活塞做高速的往復(fù)相對運(yùn)動，汽缸內(nèi)壁不僅要承受強(qiáng)烈的摩擦和磨損， 還要承受活塞的沖擊性的側(cè)推力，從而在汽缸內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力；氣缸套所處的工作環(huán)境極其惡劣。其質(zhì)量的好壞直接影響著內(nèi)燃機(jī)的使用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及壽命。傳統(tǒng)上，鑄鐵被廣泛的用作氣缸套材料，但鑄鐵材料密度大，導(dǎo)熱性差，與鋁合金活塞材料的熱物理相容性差，難于進(jìn)一步縮小配缸間隙，不能高效經(jīng)濟(jì)地解決高功率內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)問題。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)中出現(xiàn)了高硅鋁合金缸套噴射冶金法、鋁合金氣缸內(nèi)表面涂覆處理工藝以及離心鑄造法制備Al-Si-Mg合金初晶 Si/Mg2Si顆粒增強(qiáng)鋁合金缸套內(nèi)層工藝。另外，開展了離心鑄造Al-Ti 二元合金初生鋁鈦相梯度功能復(fù)合材料的基礎(chǔ)研究?，F(xiàn)分別敘述如下1.高硅鋁合金氣缸套的工藝主要是采用快速凝固噴射成形+高溫擠壓。德國戴姆勒-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)動機(jī)缸套的制造(見中華人民共和國專利局“發(fā)明專利申請公開說明書”，發(fā)明名稱超共晶鋁合金汽缸襯筒及其制造方法；申請?zhí)?5117636.6 ；申請日95. 10. 24;
公開日:1996年8月28曰)。 但是，該法工藝流程長，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，因此未能廣泛采用。2.鋁合金氣缸內(nèi)表面涂覆工藝主要是對鋁合金缸套內(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。該方法首先將發(fā)動機(jī)缸體和缸套同時整體鑄出，為了提高缸套的耐磨性，用激光熔化缸套的內(nèi)表面，同時將增強(qiáng)顆粒熔覆至缸套內(nèi)表面，然后機(jī)械加工成形。該法的主要不足在于熔覆層有孔洞，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)層工藝是最近被提出的(見中華人民共和國專利局“發(fā)明專利申請公開說明書”，發(fā)明名稱內(nèi)層顆粒增強(qiáng)缸套及其制造方法；申請?zhí)?200810070197. 0 ；申請日: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)效率高且工藝簡單。然而，這種缸套由于是顆粒偏聚在內(nèi)層，在離心鑄造過程中，鑄造夾渣、氣孔等缺陷與顆粒同時偏移至鑄件內(nèi)層區(qū)域，顆粒與缺陷共存，致使機(jī)械加工難度增大，缸套成品率降低。4.截止目前，關(guān)于離心鑄造Al-Ti 二元合金梯度功能復(fù)合材料的報道有少量見諸報道。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張寶生等人在鋁液中加入純Ti金屬，采用金屬型內(nèi)嵌砂套，離心鑄造(2000rpm)分別制備出了 Al-(2. Owt. %,4. 7wt. %,5. 5wt. % )Ti 二元系金屬間化合物梯度功能材料(期刊《功能材料》;1994年第25卷第5期，p446-451.)。另外，蘭州理工大學(xué)的李健等人通過向鋁液中分別加入5wt. %,10wt. %,15wt. %的TiO2化合物顆粒(注不是Ti含量)，該化合物顆粒與鋁液反應(yīng)，生成Al3Ti增強(qiáng)相顆粒，采用離心鑄造金屬型(800、 1000U150rpm)制備出了不同Al3Ti顆粒含量的Al3Ti自生功能梯度復(fù)合材料(期刊《熱加工工藝》；2007年第36卷第5期，p31-34.)。研究結(jié)果表明在離心力場的作用下，Al3Ti 顆粒含量和材料硬度在徑向上呈由里向外遞增的梯度分布，并隨著離心轉(zhuǎn)速和漿料中Ti 含量的增加，該分布梯度逐漸增大。關(guān)于Al-Si-Ti三元合金含有高體積分?jǐn)?shù)的初生AlSiTi和Si顆粒材料的研究還未見諸報道，也沒有見到采用離心鑄造來制備Al-Si-Ti三元合金含有高體積分?jǐn)?shù)初生鋁硅鈦顆粒梯度功能復(fù)合材料的報道。但是，關(guān)于重力鑄造Al-Si-Ti合金，已經(jīng)有人做了相關(guān)研究，但僅限于將Ti作為微量(<0.5wt. 的合金添加劑使用，其目的是細(xì)化鋁合金的晶粒。洛陽工學(xué)院楊滌心等人采用水冷金屬型，將三元Al-12wt. % Si-0. 25wt. % Ti鋁合金制成活塞(期刊《熱加工工藝》；1994年第6期，pl9-21.)；河南科技大學(xué)謝敬佩等人研究了不同 Ti 含量(0-0. 23wt% )對 ZL108(Al-12wt. % Si-2wt. % Cu-lwt. % Mg)鋁合金耐磨性的影響(期刊《特種鑄造及有色合金》;2005年第25卷第7期，p403-406.)，研究結(jié)果表明Ti作為微量的合金添加劑，具有細(xì)化晶粒的作用，從而可以提高材料的耐磨性，常溫和高溫強(qiáng)度，體積穩(wěn)定性等性能。因此，本專利文件的權(quán)利要求中提到采用離心鑄造來制備高Si和高Ti的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套。本專利采用了比現(xiàn)有文獻(xiàn)更高的離心鑄造轉(zhuǎn)速，就是為了使顆粒在筒狀缸套鑄件的外層高度偏聚，在缸套中得到高體積百分含量的AlSiTi和Si顆粒，從而提高缸套的耐磨性能。同時本專利還將硅的含量提高到15_2#t. %，有利于獲得大量的 AlSiTi和Si顆粒，增加顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金汽缸套中AlSiTi和Si顆粒的體積百分含量。 同時本專利還將Ti的含量擴(kuò)大到6% -12wt. %，增加顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金汽缸套中初生 AlSiTi顆粒的體積百分含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其制造方法。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AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)層、無顆粒的中間基體層以及含初晶Si顆粒的內(nèi)層。通過機(jī)械加工切除鑄件毛坯中間基體層以及內(nèi)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，所述鋁硅鈦合金缸套的初生AlSiTi和Si顆?？傮w積分?jǐn)?shù)為20-50%。進(jìn)一步，所述初生AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)層的厚度為2-10mm。進(jìn)一步，所述鋁硅鈦合金缸套基體材料為鋁或鋁基合金。進(jìn)一步，鋁硅鈦合金氣缸套鑄造基體材料選用Al，熔煉時在液態(tài)Al中加入Si和 Ti，形成Al-Si-Ti合金，其中，Si含量為15-24wt. %，Ti含量為6-12wt. %，以及少量的Cu、 Ni、Mg，其余為Al，；液態(tài)鋁澆注進(jìn)模具中，在筒狀鑄件凝固過程中分別析出初生AlSiTi顆粒和初晶Si顆粒。進(jìn)一步，所述增強(qiáng)顆粒AlSiTi和Si顆粒與基體鋁材料熔液之間存在密度差，通過離心鑄造方式實現(xiàn)AlSiTi顆粒向筒狀鑄件的外側(cè)偏聚，同時，部分初晶Si顆粒在AlSiTi 顆粒的推動下也向筒狀鑄件的外側(cè)偏聚，致使外層顆粒增強(qiáng)層的形成；同時，部分的初晶 Si顆粒向著鑄件內(nèi)側(cè)偏聚，形成鑄件內(nèi)層；外層顆粒增強(qiáng)層和內(nèi)層之間形成沒有顆粒的中間層；由此得到顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套的鑄件毛坯；鑄件的澆注溫度為700-950°C，模具預(yù)熱溫度為150-450°C，離心鑄造轉(zhuǎn)速為1000-5000rpm。進(jìn)一步，缸套鑄件毛坯按照圖紙要求進(jìn)行機(jī)械加工。內(nèi)孔經(jīng)過車削加工，加工厚度為l_6mm，去除缸套鑄件毛坯的中間層和內(nèi)層，從而在鑄件外層中獲得含有AlSiTi和Si顆粒的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套。進(jìn)一步，在鋁合金缸體壓鑄時(高壓或者低壓鑄造)，經(jīng)機(jī)械加工的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套零件送入壓鑄機(jī)模具，然后向模具澆注缸體所需的鋁合金液體，該鋁合金液體與鋁硅鈦合金缸套經(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，將鋁硅鈦合金缸套和鋁缸體的鑄造組合體按照圖紙要求進(jìn)行機(jī)械加工； 鋁硅鈦合金缸套內(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)動機(jī)。本發(fā)明的有益效果有采用顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套，增強(qiáng)顆粒與基體結(jié)合良好，能提高材料的強(qiáng)度。采用離心鑄造法，初生AlSiTi和Si顆粒會偏聚到缸套毛坯的外層； 毛坯經(jīng)車削內(nèi)層和中間層后，留下AlSiTi和Si顆粒百分含量很高的外層。本發(fā)明采用離心鑄造獲得顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套，具有重量輕、顆粒體積百分含量高，好的機(jī)械性能和耐高溫性能，能提高發(fā)動機(jī)的工作效率等優(yōu)點(diǎn)，同時增強(qiáng)顆粒和基體界面結(jié)合性好，能延長缸套的使用壽命。與噴射沉積鋁合金缸套工藝相比，設(shè)備投入小，制造工藝簡單；生產(chǎn)效率高。因此， 本發(fā)明缸套生產(chǎn)成本低。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合金缸套工藝相比，本發(fā)明缸套中的增強(qiáng)顆粒具有較大的密度，在離心場中將偏聚到鑄件外層，而氣孔、夾渣等缺陷將偏聚到鑄件內(nèi)層，易于機(jī)械切削去除，使缸套的使用表面不含任何缺陷，提高了缸套的強(qiáng)度和耐磨性。與傳統(tǒng)的鑄鐵缸套相比，本發(fā)明鋁硅鈦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)動機(jī)重量；因本發(fā)明鋁硅鈦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；此外，鋁合金缸套的導(dǎo)熱性能優(yōu)良，能有效降低發(fā)動機(jī)工作缸溫，起到降低尾氣排放的作用。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖1為本發(fā)明的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套鑄造毛坯的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示本發(fā)明缸套毛坯包括外側(cè)的AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)層(1)，不含增強(qiáng)顆粒的中間基體層 (2)以及含有初晶Si顆粒的內(nèi)層(3)，所述的三層之間通過冶金的方式進(jìn)行結(jié)合。
附圖2為本發(fā)明的缸套毛坯機(jī)械加工后得到的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示本發(fā)明鋁硅鈦合金缸套是由顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套鑄造毛坯中 (1)所示的外層結(jié)構(gòu)所形成，其中具有高硬度的AlSiTi和Si顆粒。附圖3為本發(fā)明的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套與鋁合金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)明的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套，該缸套經(jīng)過缸套鑄件毛坯機(jī)械加工后獲得；該缸套在壓力鑄造時，預(yù)先放入壓力鑄造機(jī)的模具中，然后澆入鋁合金液體而鑲進(jìn)鋁合金缸體中；(4)為鋁缸體。該缸體是在壓力鑄造時澆入鋁合金液體而獲得。以下為缸套混合增強(qiáng)層內(nèi)表面的增強(qiáng)顆粒按百分含量的實施例實施例一氣缸套鑄件毛坯中顆粒增強(qiáng)層形成鋁硅鈦合金缸套的壁厚，缸套內(nèi)表面的AlSiTi 和Si增強(qiáng)顆粒的體積百分含量為20%。實施例二氣缸套鑄件毛坯中顆粒增強(qiáng)層形成鋁硅鈦合金缸套的壁厚，缸套內(nèi)表面的AlSiTi 和Si增強(qiáng)顆粒的體積百分含量為30%。在本實施例中增強(qiáng)顆粒的百分含量使缸套的耐熱性和耐磨性能等優(yōu)于實施例一。實施例三氣缸套鑄件毛坯中顆粒增強(qiáng)層形成鋁硅鈦合金缸套的壁厚，缸套內(nèi)表面AlSiTi 和Si增強(qiáng)顆粒的體積百分含量為40%。在本實施例中增強(qiáng)顆粒的百分含量使缸套的耐熱性和耐磨性能等優(yōu)于實施例二；實施例四氣缸套鑄件毛坯中顆粒增強(qiáng)層形成鋁硅鈦合金缸套的壁厚，缸套內(nèi)表面AlSiTi 和Si增強(qiáng)顆粒的體積百分含量為50%。本實施例中增強(qiáng)顆粒的百分含量使缸套的耐熱性和耐磨性能等優(yōu)于實施例三。以下為本發(fā)明制造方法的實施例。制造實施例一一種AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)材料的熔制、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。在Al呈液態(tài)時加入Ti、Si，在離心鑄造筒狀鑄件凝固過程中自熔體中析出的 AlSiTi和部分Si顆粒在離心力下偏聚在鑄件的外層，部分Si顆粒偏聚在內(nèi)層。Si含量為 15wt%, Ti含量為6wt. %，以及少量的Cu、Ni、Mg ；離心鑄造過程中，澆注溫度為850°C，模具的預(yù)熱溫度為400°C，離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為lOOOrmp。鋁缸套鑄件毛坯在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，切除中間鋁基體層和含初晶Si顆粒的內(nèi)層，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 ；對缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動機(jī)。制造實施例二一種AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)材料的熔制、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。
在Al呈液態(tài)時加入Ti、Si，在離心鑄造筒狀鑄件凝固過程中自熔體中析出的 AlSiTi和部分Si顆粒在離心力下偏聚在鑄件的外層，部分Si顆粒偏聚在內(nèi)層。Si含量為 15wt. %，Ti含量為6wt. %，以及少量的01、附、1%;離心鑄造過程中，澆注溫度為8501，模具的預(yù)熱溫度為400°C，離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為3000rmp。鋁缸套鑄件毛坯在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，切除中間鋁基體層和含初晶Si顆粒的內(nèi)層，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 ；對缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動機(jī)。本實施例的離心鑄造轉(zhuǎn)速高于實施例一，鋁缸套的AlSiTi和Si顆粒體積百分?jǐn)?shù)高于實施例一，因此，鋁缸套的耐磨性優(yōu)于實施例一的鋁缸套。制造實施例三一種AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)材料的熔制、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。在Al呈液態(tài)時加入Ti、Si，在離心鑄造筒狀鑄件凝固過程中自熔體中析出的 AlSiTi和部分Si顆粒在離心力下偏聚在鑄件的外層，部分Si顆粒偏聚在內(nèi)層。Si含量為 15wt. %，Ti含量為6wt. %，以及少量的Cu、Ni、Mg;；離心鑄造過程中，澆注溫度為850°C， 模具的預(yù)熱溫度為400°C，離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為5000rmp。鋁缸套鑄件毛坯在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，切除中間鋁基體層和含初晶Si顆粒的內(nèi)層，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 ；對缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動機(jī)。本實施例的離心鑄造轉(zhuǎn)速高于實施例二，鋁缸套的AlSiTi和Si顆粒體積百分?jǐn)?shù)高于實施例二，因此，鋁缸套的耐磨性優(yōu)于實施例二的鋁缸套。制造實施例四一種AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)材料的熔制、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。在Al呈液態(tài)時加入Ti、Si，在離心鑄造筒狀鑄件凝固過程中自熔體中析出的 AlSiTi和部分Si顆粒在離心力下偏聚在鑄件的外層，部分Si顆粒偏聚在內(nèi)層。Si含量為 24wt. %，Ti含量為12wt. %，，以及少量的01、慰、1%;離心鑄造過程中，澆注溫度為8501， 模具的預(yù)熱溫度為400°C，離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為lOOOrmp。鋁缸套鑄件毛坯在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，切除中間鋁基體層和含初晶Si顆粒的內(nèi)層，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 ；對缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動機(jī)。本實施例的離心鑄造轉(zhuǎn)速與實施例一相同，而Si含量和Ti含量高于實施例一，鋁缸套的AlSiTi和Si顆粒體積百分?jǐn)?shù)高于實施例一，因此，鋁缸套的耐磨性優(yōu)于實施例一的招紅套。實施例五一種AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)材料的熔制、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。在Al呈液態(tài)時加入Ti、Si，在離心鑄造筒狀鑄件凝固過程中自熔體中析出的 AlSiTi和部分Si顆粒在離心力下偏聚在鑄件的外層，部分Si顆粒偏聚在內(nèi)層。Si含量為 24wt. %, Ti含量為12wt. %，以及少量的Cu、Ni、Mg;離心鑄造過程中，澆注溫度為850°C， 模具的預(yù)熱溫度為400°C，離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為3000rmp。鋁缸套鑄件毛坯在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，切除中間鋁基體層和含初晶Si顆粒的內(nèi)層，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 ；對缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動機(jī)。本實施例的離心鑄造轉(zhuǎn)速與實施例二相同，而Si含量和Ti含量高于實施例二，鋁缸套的AlSiTi和Si顆粒體積百分?jǐn)?shù)高于實施例二，因此，鋁缸套的耐磨性優(yōu)于實施例二的
招紅套。本實施例的離心鑄造轉(zhuǎn)速高于實施例四，而Si含量和Ti含量與實施例四相同，鋁缸套的AlSiTi和Si顆粒體積百分?jǐn)?shù)高于實施例四，因此，鋁缸套的耐磨性優(yōu)于實施例四的
招紅套。實施例六一種AlSiTi和Si顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套及其與鋁缸體的組合成形方法，包括液態(tài)材料的熔制、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。在Al呈液態(tài)時加入Ti、Si，在離心鑄造筒狀鑄件凝固過程中自熔體中析出的 AlSiTi和部分Si顆粒在離心力下偏聚在鑄件的外層，部分Si顆粒偏聚在內(nèi)層。Si含量為 24wt%, Ti含量為12wt%，以及少量的Cu、Ni、Mg ；離心鑄造過程中，澆注溫度為850°C，模具的預(yù)熱溫度為400°C，離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為5000rmp。鋁缸套鑄件毛坯在車床上進(jìn)行機(jī)械加工，內(nèi)孔機(jī)械車削量l_6mm，切除中間鋁基體層和含初晶Si顆粒的內(nèi)層，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 ；對缸套內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、拋光處理；最后，進(jìn)行發(fā)動機(jī)的裝配，得到含本發(fā)明的缸套的全鋁合金發(fā)動機(jī)。本實施例的離心鑄造轉(zhuǎn)速與實施例三相同，而Si含量和Ti含量高于實施例三，鋁缸套的AlSiTi和Si顆粒體積百分?jǐn)?shù)高于實施例三，因此，鋁缸套的耐磨性優(yōu)于實施例三的
招紅套。本實施例的離心鑄造轉(zhuǎn)速高于實施例五，而Si含量和Ti含量與實施例五相同，鋁缸套的AlSiTi和Si顆粒體積百分?jǐn)?shù)高于實施例五，因此，鋁缸套的耐磨性優(yōu)于實施例五的
招紅套。本發(fā)明通過改變Si、Ti與Al元素的相對含量，及離心鑄造工藝(如澆溫、模溫、離心轉(zhuǎn)速等工藝條件)，均可以獲得外層含有大量AlSiTi和Si顆粒，中間層為不含顆粒，最內(nèi)層含有初晶Si顆粒的鋁合金基體的筒狀鑄件，并且可以實現(xiàn)增強(qiáng)層顆粒體積分?jǐn)?shù)的可設(shè)計性和可控制性。 最后需要說明的是，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方面的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(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)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套，其特征在于所述缸套中含有大量的AlSiTi和Si 顆粒，兩種顆?？傮w積分?jǐn)?shù)為該氣缸套體積的20-50%。
2.—種權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套，其特征在于所述缸套基體材料為鋁或鋁基合金。
3.—種權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套的鑄件毛坯，其特征在于所述缸套的鑄件毛坯在徑向方向上由外層含有AlSiTi和Si顆粒的增強(qiáng)層(1)、不含顆粒的中間基體層O)以及含有初晶Si顆粒的內(nèi)層(3)三層構(gòu)成，所述的三層之間通過冶金的方式結(jié)I=I O
4.一種權(quán)利要求3所述的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套的鑄件毛坯的制造方法，包括液態(tài)材料的熔制和離心鑄造，其特征在于缸套基體材料選用Al，并在液態(tài)Al合金中加入Si 和Ti形成Al-Si-Ti合金，其中，Si含量為15-2#t. %,Ti含量為6-12wt. %，以及少量的 Cu、Mg，Ni，其余為Al。液態(tài)材料澆注進(jìn)模具后，在離心鑄造筒狀鑄件凝固過程中形成初生 AlSiTi顆粒和初晶Si顆粒，初生AlSiTi顆粒向筒狀鑄件的外層運(yùn)動，部分初晶Si顆粒在 AlSiTi顆粒的推動下向外層運(yùn)動，部分初晶Si顆粒向內(nèi)層運(yùn)動。離心鑄造過程中，轉(zhuǎn)速為 1000 5000rpm，澆注溫度為700_950°C，模具預(yù)熱溫度為150_450°C。
5.一種權(quán)利要求3所述的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套的鑄件毛坯的機(jī)械加工方法，其特征在于對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，以去除鑄件毛坯中中間基體層(2)以及內(nèi)層的初晶Si顆粒層(3)，從而在顆粒增強(qiáng)層(1)中獲得含有初生AlSiTi和Si顆粒的鋁硅鈦合金氣缸套，在缸套內(nèi)表面暴露出鑄件外層顆粒增強(qiáng)層(1)中的初生AlSiTi和Si顆粒，得到缸套耐磨表面。
6.一種權(quán)利要求1和5所述的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣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將機(jī)加工后的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣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。
7.—種權(quán)利要求6所述的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套與鋁合金缸體的組合成形體的機(jī)械加工方法，其特征在于對組合成形體按幾何尺寸要求進(jìn)行機(jī)械加工，對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)動機(jī)。
全文摘要
一種顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套由鋁合金以及一定含量的Ti和Si構(gòu)成。在筒狀鑄件凝固過程中，從鋁熔液中析出的AlSiTi顆粒和部分Si顆粒在離心力的作用下向外運(yùn)動，最終在筒狀鑄件中獲得外層偏聚大量初生AlSiTi顆粒和Si顆粒的偏聚層，部分初晶Si顆粒向內(nèi)運(yùn)動，偏聚在內(nèi)層，中間為不含顆粒的基體層。筒狀鑄件毛坯件經(jīng)車削內(nèi)層和中間層后，留下具有高體積分?jǐn)?shù)的AlSiTi和Si顆粒的外層，由此得到顆粒增強(qiáng)鋁合金缸套。該鋁缸套與鋁缸體進(jìn)行壓力鑄造組合成形，然后經(jīng)過機(jī)械加工和裝配后得到全鋁內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。本發(fā)明獲得的顆粒增強(qiáng)鋁硅鈦合金氣缸套重量輕、顆粒體積百分含量高，具有優(yōu)良的耐磨性能和耐高溫性能，能提高發(fā)動機(jī)的工作效率。
文檔編號B22D19/04GK102330612SQ20111030894
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者劉昌明, 呂循佳, 李波, 李靖, 林雪東, 王開, 黃笑宇 申請人:重慶大學(xué)