本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鋼頂鋁活塞及其制備方法，其包括活塞頂和鋁基體，其特征在于：所述活塞頂是由鋼頂與多層互相成一定角度的過渡絲網(wǎng)組成，所述過濾絲網(wǎng)經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在鋼頂與鋁基體的連接面上，所述活塞頂與鋁基體是通過使鋁液滲入過渡絲網(wǎng)中形成機(jī)械和冶金結(jié)合來連接的。活塞的鋼頂采用厚度0.5～0.6mm的耐熱不銹鋼，使得活塞重量減輕，過渡絲網(wǎng)則使活塞頂與鋁基體之間的結(jié)合強(qiáng)度增加，并通過在過渡絲網(wǎng)上形成陶瓷隔熱層這一技術(shù)措施，又保證了活塞的耐熱能力，因此，本發(fā)明專利技術(shù)的活塞其重量減輕，耐熱性相當(dāng)，活塞在使用過程中的可靠性增加。另外，本發(fā)明專利技術(shù)中所述活塞采用擠壓鑄造工藝成型，這種工藝不僅簡(jiǎn)單，還可有效提高鋁合金的材料性能，從而使該活塞的整體性能比較高。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及。
技術(shù)介紹
活塞被譽(yù)為發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，許多國家都對(duì)活塞進(jìn)行深入的研究，均取得了不同程度的進(jìn)展，先后研制出各種各樣滿足不同工況的活塞。就制造活塞用的材料而言，大多數(shù)為鋁合金，少數(shù)為鑄鐵，近年來又出現(xiàn)了陶瓷材料。由于鋁合金比重小，運(yùn)動(dòng)慣性小，可使發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高，同時(shí)容易制造，故迄今仍為直徑在Φ400_以下活塞的主要選材。只有直徑> 400mm，且薄壁球墨鑄鐵的出現(xiàn)，才使鑄鐵活塞顯示出了優(yōu)越性，特別是耐熱性。由于活塞頂部受高溫燃?xì)?瞬時(shí)最高溫度約為1800 2600°C )的加熱作用，表面溫度高達(dá)350°C左右。隨著平均有效壓力的增加，即熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力的交互作用，以及活塞運(yùn)動(dòng)中進(jìn)排氣過程冷熱氣流的沖刷，使得單一鋁合金活塞頂部經(jīng)常過早地出現(xiàn)疲勞裂紋，甚至發(fā)生局部過熱而引起燒損，會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用。所以單一鋁合金活塞的頂部溫度一般不得超過350°C。為了彌補(bǔ)鋁合金活塞耐熱性的不足，某些機(jī)型的活塞采用鋼頂鋁裙活塞。目前應(yīng)用中的鋼頂鋁裙活塞其鋼頂和鋁裙為螺栓連接，鋼頂都比較厚(約占活塞高度的1/5 1/3)，活塞的重量比較大。這種活塞在使用過程中，由于鋼和鋁的熱膨脹系數(shù)不同，容易導(dǎo)致螺栓連接失效，造成鋼頂脫落，另外，活塞重量比較大會(huì)使活塞在運(yùn)動(dòng)過程中的慣性增加，同樣會(huì)導(dǎo)致活塞過早失效。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種鋼頂鋁活塞，這種鋼頂鋁活塞的鋼頂與鋁基體的結(jié)合強(qiáng)度顯著提高，且在耐熱能力相當(dāng)?shù)那闆r下，活塞重量減輕。本專利技術(shù)所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種上述鋼頂鋁活塞的制備方法，采用采用擠壓鑄造工藝成型，不僅工藝簡(jiǎn)單，還可有效提高鋁合金的材料性能。本專利技術(shù)解決上述第一個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種鋼頂鋁活塞，包括活塞頂和鋁基體，其特征在于所述活塞頂是由鋼頂與多層互相成一定角度的過渡絲網(wǎng)及覆在過渡絲網(wǎng)上的陶瓷隔熱層組成，所述過濾絲網(wǎng)經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在鋼頂?shù)倪B接面上，所述活塞頂與鋁基體是通過使鋁液滲入過渡絲網(wǎng)中形成機(jī)械和冶金結(jié)合來連接的。作為優(yōu)選，所述鋼頂與過渡絲網(wǎng)均采用耐熱不銹鋼制成，所述鋼頂?shù)暮穸葹镺.5 O. 6臟,所述過渡絲網(wǎng)為34 36目。作為優(yōu)選，所述過渡絲網(wǎng)采用3 5層，互相成40 50°角。進(jìn)一步優(yōu)選，所述過渡絲網(wǎng)采用相同的4層，互相成45°角。優(yōu)選，所述過渡絲網(wǎng)上覆有一層ZrO2陶瓷隔熱層。最后，所述耐熱不銹鋼采用lCrl8Ni9Ti耐熱不銹鋼。本專利技術(shù)解決上述第二個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種鋼頂鋁活塞的制備方法，其特征在于包括以下步驟I)將耐熱不銹鋼板與多層相同材質(zhì)的互相成一定角度的過渡絲網(wǎng)通過真空擴(kuò)散焊連接在一起，作為活塞頂頂材；2)對(duì)頂材進(jìn)行液壓變形，然后將變形后的頂材切割成活塞頂要求的尺寸和形狀；3)采用熱噴涂的方法在過渡絲網(wǎng)上形成一層陶瓷隔熱層，熱噴涂完成后的活塞頂放入100 120°C的烘箱中保存、備用； 4)將活塞擠壓鑄造模具安裝到油壓機(jī)上，調(diào)試壓機(jī)，使其工作正常；5)熔煉好一爐鋁合金，當(dāng)合金液溫度穩(wěn)定在720 740°C準(zhǔn)備澆注；6)對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150 280°C ；7)把活塞頂絲網(wǎng)面朝上的置入鑄型中，澆入熔融鋁液，合模加壓，加壓壓力為50 llOMPa，保壓40 120s后開模取件。 作為優(yōu)選，所述步驟I)中的真空擴(kuò)散控制過程是在6 X 10_3 7 X 10_3Pa的真空條件下加熱到900 1100°C溫度，在5 10分鐘內(nèi)施加10 30MPa的壓力下實(shí)現(xiàn)的。再優(yōu)選，所述步驟2)的液壓變形過程為將模具的上模升起，將頂材絲網(wǎng)面朝上放入模具中，上模下行，合模的同時(shí)將頂材壓緊，用液壓泵將液壓油從下模上的通孔擠入模具中，使頂材變形為活塞燃燒室及頂面所要求的形狀，液壓油的壓力為10 50MPa，液壓泵的出油量為O. 05 O. 5L/min，保壓時(shí)間為40 120s。最后，所述鋼頂與過渡絲網(wǎng)均采用ICrlSNiOTi耐熱不銹鋼制成，所述鋼頂?shù)暮穸葹镺. 5 O. 6mm,所述過渡絲網(wǎng)為34 36目。過渡絲網(wǎng)采用3 5層(優(yōu)選4層)，互相成40 50°角(優(yōu)選45°角)。過渡絲網(wǎng)上覆有一層ZrO2陶瓷隔熱層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于活塞的鋼頂采用厚度僅有O. 5 O. 6mm的耐熱不銹鋼，使得活塞重量減輕，過渡絲網(wǎng)則使活塞頂與鋁基體之間的結(jié)合強(qiáng)度增加，并且通過在過渡絲網(wǎng)上形成陶瓷隔熱層這一技術(shù)措施，又保證了活塞的耐熱能力，因此，本專利技術(shù)所述活塞與普通鋼頂活塞相比，其重量大為減輕，耐熱性相當(dāng)，活塞在使用過程中的可靠性增力口。另外，本專利技術(shù)采用擠壓鑄造工藝成型，這種工藝不僅簡(jiǎn)單，還可有效提高鋁合金的材料性能，從而使該活塞的整體性能比較高。附圖說明圖I為鋼頂鋁活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為第一層絲網(wǎng)與鋼頂結(jié)合示意圖；圖3為四層絲網(wǎng)的疊放形成夾角示意圖；圖4為液壓變形示意圖；圖5為鑄型結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例I以下以一種Φ IOOmm鋼頂鋁活塞的制備過程為例對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。①將O. 5mm厚的lCrl8Ni9Ti耐熱不銹鋼頂11與相同材質(zhì)的四層互相成45°角的過渡絲網(wǎng)12通過真空擴(kuò)散焊連接在一起，擴(kuò)散控制過程在6. 7X IO-3Pa的真空條件下加熱到980°C，在5分鐘內(nèi)和施加20MPa的壓力下實(shí)現(xiàn)的。其中第一層絲網(wǎng)與鋼頂結(jié)合的示意圖見附圖2。②對(duì)頂材進(jìn)行液壓變形，如圖3所示，變形過程為帶排氣孔31的上模3升起，將頂材絲網(wǎng)面朝上放入模具中，上模3下行，合模的同時(shí)將頂材壓緊，用液壓泵將液壓油從下模4上的通孔41擠入模具中，使頂材變形為活塞燃燒室及頂面所要求的形狀。液壓油的壓力為20MPa，液壓泵的出油量為O. 2L/min，保壓時(shí)間為60s。③將變形后的頂材切割成活塞頂要求的尺寸和 形狀。④采用熱噴涂的方法在過渡絲網(wǎng)12上形成一層ZrO2陶瓷隔熱層，熱噴涂完成后的活塞頂放入120°C的烘箱中保存、備用。⑤將活塞擠壓鑄造模具安裝到油壓機(jī)上，調(diào)試壓機(jī)，使其工作正常。⑥熔煉好一爐鋁合金，當(dāng)合金液溫度穩(wěn)定在740°C準(zhǔn)備澆注。⑦對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250°C。⑧把活塞頂絲網(wǎng)面朝上的置入鑄型中，澆入熔融鋁液，合模加壓，加壓壓力為 lOOMPa，保壓60s后開模取件，這樣，活塞頂與鋁基體2是通過使鋁液滲入過渡絲網(wǎng)12中形成機(jī)械和冶金結(jié)合來連接固定在一起。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋼頂鋁活塞，包括活塞頂和鋁基體，其特征在于：所述活塞頂是由鋼頂與多層互相成一定角度的過渡絲網(wǎng)及覆在過渡絲網(wǎng)上的陶瓷隔熱層組成，所述過濾絲網(wǎng)經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在鋼頂?shù)倪B接面上，所述活塞頂與鋁基體是通過使鋁液滲入過渡絲網(wǎng)中形成機(jī)械和冶金結(jié)合來連接的。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋼頂鋁活塞，包括活塞頂和鋁基體，其特征在于 所述活塞頂是由鋼頂與多層互相成一定角度的過渡絲網(wǎng)及覆在過渡絲網(wǎng)上的陶瓷隔熱層組成，所述過濾絲網(wǎng)經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在鋼頂?shù)倪B接面上，所述活塞頂與鋁基體是通過使鋁液滲入過渡絲網(wǎng)中形成機(jī)械和冶金結(jié)合來連接的。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼頂鋁活塞，其特征在于所述鋼頂與過渡絲網(wǎng)均采用耐熱不銹鋼制成，所述鋼頂?shù)暮穸葹镺. 5 O. 6mm,所述過渡絲網(wǎng)為34 36目。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼頂鋁活塞，其特征在于所述過渡絲網(wǎng)采用3 5層，互相成40 50。角。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼頂鋁活塞，其特征在于所述過渡絲網(wǎng)采用相同的4層，互相成45。角。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼頂鋁活塞，其特征在于所述過渡絲網(wǎng)上覆有一層ZrO2陶瓷隔熱層。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼頂鋁活塞，其特征在于所述耐熱不銹鋼采用ICrlSNiOTi耐熱不銹鋼。7.—種權(quán)利要求I 6的任一鋼頂鋁活塞的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)將耐熱不銹鋼板與多層相同材質(zhì)的互相成一定角度的過渡絲網(wǎng)通過真空擴(kuò)散焊連接在一起，作為活塞頂頂材； 2)對(duì)頂材進(jìn)行液壓變形，然后將變形后的頂材切割成活...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高明燈，周靈展，彭銀江，費(fèi)良軍，侯林沖，朱秀榮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國兵器工業(yè)第五二研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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