国内外铸铝活塞材料的应用及研究概况_雷广孝
Al2O3·SiO2纤维增强铸造铝合金内燃机活塞材料的研究
活 寒 的瑚 想 材料 、小 义 作 者通 过 挤 压 铸 造 制 备 ¨ { A1 SO 纤 维 增 强 的 针 基 复 合 材 料 ) 对 其 性 能 进 , ・i , O j f 行 研 究 和探 索
2 试 验 方 法
21 实 验 材 料 .
验 ・ 采 J 的 体 合 为 【 东 滨 州 渤 海 活 塞 } 1 J I J
J M5 1 L 扫 描 电 镜 ( 带 E X 能 潜 分 析 仪 ) 常 S 60 V 附 D , 温及 高 温 强度 测 试 采 用 C 4 0 MT 2 4材 料 万 能 试 验 机 ( 带 加 热 炉 ) 附 。
S I M i g
1 .7 2 2 1 l . 0
22 试 验 路 线 ,
N i
20 .9
C lA u l
35 . 3 余 量
现 象 :2 ( )活 塞销 座 : 高 温 状 态 卜承 受 岛 m 导 在 i
致 裂 ; 3 ( )环 槽 : 一 道 环 槽 过 发 磨 损 , 槽 侧 第 环 I 产 牛 点 } n f 随 荷 复 合 卞 料 制 衍 技 _ 的 发 展 及 性 能 的 不 断 于 术
SO 纤 维作 为 复合 材 料 的增 强体 , i 活塞 顶 部 为增 强 部 位 , 纤 维 的外 观 为 白色 絮状 。 该纤 维含 有 8 % 该 0
A 3其 余 为 SO 主 晶体 为 a A 和莫 来 石 ; 1 , 2 0 i 2; —1 纤
维 直 径 3 5x 托 伸 强 度 9 0 0 MP 。 —1 m, 0  ̄1 0 a 1 表 1试 验 合 金 的 化 学 成 分
销基 复合材 料 活 塞 , 记为 2 本 实验 中 , 标 # 复合 材料 的体 积分 数 为 l%~ 8 6 1%。
铝合金活塞材料的研发与应用进展
合 金 的极 限强 度 . 过 采 用 基 体 增 强和 新 型 活 塞 成 型 工 艺 , 著 提 高 了 活 塞 的 性 能 . 着 汽 车 发 动 机 向 高 速 化 、 通 显 随
大功 率方 向的发展 , 新型铸 造铝 合金 活塞 复合 材料 及短 周 期的压 力 成 型技 术 的开 发 应用 都将 成 为一 个 发展
s e i g n w y o i r v l m ae sr ngh. F re a p e,b h a so n a c arx a d ne e k n e wa st mp o e ut i t te t o x m l y t e me n fe h n e m ti n w p so l i g prc se it n mo d n o e s s,t p ro ma c s o h e h n c lp o e te f p so s a b mp o e he e fr n e ft e m c a ia r p ris o itn c n e i r v d o iusy. Ad iin l bvo l d t al o y,wi ure te gn sc li g frs p rs e d a d h g p we t c r n n i e aln u e — p e n ih- o r,t v l p n h o hede eo me t
c n uci i a d lwe he ma x a so o f c e t o d tvt n o r t r l e p n in c e in ,bu lo ih sr n t t ih e e a u e, y i ta s h g te gh a a h g tmp r t r
铝铸件在国内外汽车工业中的应用
铝铸件在国内外汽车工业中的应用本文简述了铝合金铸件在国内外汽车工业中的应用,叙述了典型的汽车铸件及铸造工艺,并对中国的铝合金铸件在汽车上的应用进行了展望。
尽管与传统工业相比较,汽车用铝铸件更复杂且要求更有效的系统,但在铸造技术方面的投资还十分有限。
简单的铸造技术和设备成为主要发动机生产厂家的“瓶颈”,并阻碍了生产效率的提高。
国内外铝铸件在汽车工业中的应用采用铝合金代替铸铁来生产汽车零件的历史最早可追溯到20世纪40年代。
当时欧洲少数汽车厂,如意大利的菲亚特公司研制出了铝合金进气管和气缸盖,并开始少量生产。
50年代,澳大利亚引进英国一公司的低压铸造技术生产了汽车用铝铸件。
与此同时,前西德某公司对低压铸造技术作了进一步改进,生产出了结构复杂的铝合金零件。
美国通用汽车公司也开始大量生产轿车用铝铸件,如空冷缸盖、曲轴箱、发动机后盖等。
60年代以后,由于高压压铸技术的发展,以铝合金为主的轻金属在汽车中的应用大大增加,奠定了现代汽车工业广泛采用铝铸件减轻汽车自重的基础。
近20年来,世界汽车工业中铝铸件的应用在不断增加,据统计,全世界铝铸件的总产量每年大约按3%以上的速度增长,而在铝铸件的总产量中,大约有60%—70%的铝铸件应用于汽车制造,使得世界铝铸件的生产和应用与汽车制造业的发展产生了密切的联系。
汽车工业中铝铸件应用的发展又以日本最为突出。
在70年代初,日本许多汽车公司就开展并扩大铝合金在汽车发动机上应用的研究,开始广泛采用铝铸件代替铸铁来生产进气管、气缸盖,并开始少量生产铝制发动机。
近年来,在发展铝铸件和塑料应用方面,日本一直都处于世界先进水平,日本轿车素以结构紧凑、舒适、重量轻、经济性好以及安全可靠而占据欧美市场。
铝合金材料在国产汽车上的应用还较少,我国与欧美、日本等发达国家相比差距较大,因此我国汽车制造业在扩大铝合金的研究与应用方面还有很大潜力可挖。
典型的汽车铸件及铸造工艺1.气缸体气缸体是发动机的心脏,因此其铸造质量就十分关键,控制好就可以避免或减少汽车“心脏撞击”的危险。
高强化发动机用铝基复合材料活塞项目简介:活塞是发动机的关键零
高强化发动机用铝基复合材料活塞项目简介:活塞是发动机的关键零部件,集新材料、先进制造技术和先进设计技术于一体,属于高新技术产品。
复合材料活塞已经成为国际上发动机生产厂家的核心技术之一,也是我国长期依赖进口的关键零部件。
随着发动机功率的不断提高,发动机散热量增加,普通高镍铸铁活塞的高温强度、耐热能力已临近极限状态,而铝基复合材料活塞的轻质、耐高温、高压、高强度、抗负荷特性日益显出无法比拟的优异性能。
高性能挤压铸造复合材料增强活塞采用挤压铸造工艺制造,组织致密,材料性能接近锻造水平。
活塞基体铝合金采用自主研制的WR004 活塞合金,该合金各项性能相当于德国Mahle142 合金的水平;而活塞第一环槽采用铝基复合材料替代高镍铸铁,活塞总体重量减轻,耐磨性与高镍铸铁相当,与铝合金基体结合强度提高五倍以上;成型工艺采用先进的挤压铸造工艺替代传统重力铸造工艺,活塞的高温性能、耐热疲劳性能和热稳定性指标均优于金属型重力铸造活塞,活塞的使用可靠性得到了提高。
我国汽车产销量位居世界第一,发动机活塞的主机市场和配件市场需求量激增,复合材料活塞在中重商用车和高档轿车中的市场需求更为激烈,市场空间广阔应用范围:用于高档、高性能汽车发动机活塞和船用发动机活塞技术优势与创新点:高性能挤压铸造复合材料增强活塞与普通高镍铸铁镶圈活塞相比具有如下技术优势:1. 活塞基体材料组织致密,性能接近锻造水平;2. 复合材料增强区与未增强区域结合强度(》190MPa )优于高镍铸铁镶圈与铝基体的结合强度( 20MPa-30MPa );3. 热膨胀系数低,耐热疲劳性能好,可选择更小的配合间隙,提高发动机性能,减少废气排放,降低油耗;4. 复合材料活塞不仅可增强第一环槽部位,而且可以增强活塞顶部包括燃烧室,提高活塞顶部耐热冲击能力,提高活塞寿命;5. 复合材料活塞工艺简单,容易实现机械化,成本完全可以与普通活塞竞争。
技术水平:国内外首创挤压铸造、铝基复合材料增强第一环槽、可溶芯成形内冷油腔的整体式活塞,活塞总体技术达到国际先进水平,主要体现在:1. 高强耐热活塞合金在国内首家研制成功WR004 活塞合金,综合性能优于国内活塞用铝合金的性能水平。
柴油机用高性能铸铝活塞
疲 劳( CF的相 互作 用 导致 燃烧 室 仅 仅发 生在 活塞 顶部 表面 ,如 同快 循 环的重 合而 加速 了销 孔方 向失效 H ) 喉 口和底 部 过早 出现疲 劳裂纹 ,如 速 循 环 时 间( .3 ,4 0 r n相 的进程 。图3 示活塞主推力面 的燃 O0 s 0 0/ ) mi 显 图1 示 。 所 对 活塞 的热 惯量 ’ 作用 一样 ,高 烧 室边缘 失效 。这 种活塞 失效 发生 l 哇能
的 应 用 带 来 难 题 ,过 共 晶 合 金 的
越来越高 ,考虑到T 和H 对活 MF CF
塞 造 成 过 早 破 坏 的机 理 ,可 以看
图2 活塞销 方 向上燃 烧室 边缘 开裂 写 起 I 何获 得一 个在 高温 循环工 况下具 有 底部开裂 外观
熔 点 ,仅 仅 超 出 了 最 大 燃 烧 温 度
发展 中要 求不 断提 高 ,必 须找 到新
材料 来解 决 问题 ,这些材 料必 须具 有 改进合 金主 要性 能和潜 能 、优 化
铸造 过程 结果 、改进 最大 负荷 区域
微观 结构等特 点 。 高 性能 柴油 发 动机 对活 塞要 求
力 随 之 增 高 ,给 当 前 过 共 晶 合 金
需 要具备 以下 属性 :
烧室 裂纹外观
设计尺 寸 、零部 件 热惯 量 、发动机
和T 压应 力造成 的活 塞燃 负荷情 况 等有 函数 关 系的循 环 。根 图3 由HCF MF
1在 更长 的 使 用寿 命期 间 ,增 .
加 在温 度2 0 ~ 4  ̄ 间高周疲 0 % 4 0C之
铝合金活塞制造工艺现状及发展方向
2 工 艺 技 术 现 状
现阶段 , 内活塞行 业采 用的技 术 比较 落 后 , 国 生
磷 中间合金 等形 式 加入 。赤磷 存在燃 点低 ( 4 ℃ ) 20 ,
变质 时反应 剧烈 , 生 大量 的烟 雾 , 有 毒 , 境 污 产 且 环 染 严重 的缺点 , 变 质 效果 还 是 不 错 的 。磷 盐加 入 但 量大, 污染 环境 , 产 生 大量 的反 应 渣 , 液烧 损 较 且 铝
量 可望 达 1 0 0 0万辆 , 我 国汽车需 求呈 现快 速增 长 使 的趋势 , 同时也带 动 了汽车零 部件 的需求 量 。 正 是 在这 种 国际 和 国 内形 势 下 , 为适 应 国 内外 市场 经济 一体 化 的挑战 , 努力 提高活 塞制 造技 术 , 进 行技 术改 造 , 降低 生产成 本 , 强 国有活 塞企 业 可持 增 续发 展能 力 , 逐步 扩大市 场 占有率 , 于我 国活塞 行 对 业参 与 国际竞 争是 十分迫 切 和必要 的 。
入 到铝 液 中后易偏 析 , 不适 于反射 炉用 。
■ 0‘’ l 刖 ,‘ ■ 置 一
铣 冒 口一 固溶加 热后 淬火 十人 工时 效处理一 机 加工
一 表 面处理 一包 装 入库 。
活 塞行 业 是 汽车 零 部件 行 业 , 活塞 是 发 动 机 的 基础零 部件 之 一 , 发 动机 的心 脏 。随着 国外 知 名 是
下面对 主要 的工 序情 况做 一下 简单介 绍 :
孙 晓 王 艳艳 张
斌
王 磊 :铝合 金 活塞 制 造 工 艺 现 状 及 发 展 方 向
1 9
铝活塞发展现状
铝活塞发展现状
铝活塞在汽车和航空工业中的应用日益广泛,因其轻量化、高强度和耐腐蚀性能而备受青睐。
目前,它已成为内燃机和涡轮增压器中常见的元件之一。
近年来,铝活塞的制造技术不断改进和革新,以适应高性能发动机的需求。
例如,采用热交换处理技术可以增加铝活塞的硬度和抗磨性,提高其使用寿命;采用特殊的涂层材料可以减少摩擦和磨损,提高活塞的耐磨性能。
此外,铝活塞的设计也在不断革新。
通过优化活塞的轻量化设计,可以减少活塞的质量,提高发动机的功率输出和燃油经济性。
同时,设计师还在努力减小活塞和缸套之间的间隙,以减少内燃机中的气缸泄漏,提高发动机的效率。
然而,铝活塞的发展仍面临一些挑战。
首先,铝活塞的制造成本较高,需要采用特殊的生产工艺和设备。
其次,虽然铝活塞具有良好的耐腐蚀性,但在高温和高压环境下仍可能发生变形和损坏,需要进一步提高其热稳定性。
综上所述,铝活塞作为一种轻量化和高强度的元件,具有广阔的市场前景和应用潜力。
随着技术的不断进步和创新,铝活塞的制造技术和设计将继续得到改进,以满足汽车和航空工业对性能和质量的要求。
铝合金活塞合金材料的发展现状
铝合金活塞合金材料的发展现状摘要:目前汽车用发动机中占主导地位的是往复式活塞内燃机,由于立法和环境对汽车工业的压力,越来越多的人要求生产低排放的轻型节能汽车,为了开发这些节能汽车,轻型高性能活塞必不可少。
铝合金有着密度低、耐磨性好、生产效率高以及强度高等优点,在工业上已经是非常常见的一种合金,在汽车活塞领域中应用相当广泛。
关键词:铝合金;汽车活塞;轻量化在汽车工业领域,材料轻量化已经成为了主要的发展课题,轻量化是解决油耗、排放和车辆大型化之间矛盾的重要方法,减轻重量并节省能源是现代工业化先进动力技术的目标。
要达到轻量化目标,一般做法是用密度更小并且强度还不变甚至更好的材料来代替以降低零部件重量。
铸造铝合金因其具有良好强度和力学性能等优点在汽车活塞的应用中具有明显的优势。
其中的Al-Si系多元合金还具有密度低、耐磨性好、生产效率高以及铸造缺陷少等优点,在工业领域很受欢迎。
其中铸造 Al-Si-Cu-Ni-Mg系合金的可铸性和机械加工性能都很优异,还可以通过热处理来提高合金的性能,常用来生产活塞。
1、铝合金活塞研究的重点过去对Al-Si-Cu-Ni-Mg系铝合金研究工作集中在改性机理或改变热处理工艺,以提高拉伸强度和延性,对活塞材料的各方面性能进行改善,因此企业非常关注活塞材料的性能,采取各种方法来进行合金性能的提高和改善[1]。
2、铝合金活塞研究的重点活塞的基本结构由四部分构成,分别是活塞头部、顶部、销座和裙部。
活塞的顶部三种形状分别为:凸顶、平顶和凹顶,其中平顶活塞生产工艺比较简单,且散热性能优异好,是大部分汽车选择应用的形状。
活塞销座位于活塞头部和裙部的中间位置,主要作用是将燃烧产生热能转化为动能并通过活塞曲轴连杆传递给外部做功。
活塞在浇铸时还会置入铸铁镶圈和可溶性盐芯,铸铁镶圈主要是增强活塞的耐磨性能和密封性能,可溶性盐芯可水冲溶解,形成内冷却油腔。
目前往复式活塞内燃机是汽车用发动机的主要结构形式,由于世界对环境保护和节能的需求,生产低排放的轻型节能汽车尤为重要,轻型高性能活塞材料应具备以下性能要求:密度小:活塞在发动机内部不停做往复运动,其运动度可以达到11~16m/s,在运动过程总活塞的运动呈周期性变化,这种运动由于活塞的质量产生较大的惯性力,随着活塞质量增加,惯性力的大小也在增加,惯性力的增加导致对外做功的比例逐渐减小,所以需要活塞材料的选择密度小,越有利于提高发动机的有效功。
浅谈铝活塞的机械铸造
浅谈铝活塞的机械铸造朴光锡【摘要】根据发动机的工作原理可以知道,发动机在爆炸冲程的过程中,气缸和活塞都要经受6~9MPa的压力,同时要承受1800~2200K的高温.由此我们可以知道,活塞的工作环境恶劣,所以要求活塞的制作材料既能耐高温、高压和耐冲击,即要有刚度、耐磨性和强度,同时重量要轻.这就对活塞的铸造工艺提出了比较高的要求.【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2011(000)014【总页数】1页(P30)【关键词】发动机;铝活塞;铸造;机械铸造【作者】朴光锡【作者单位】黑龙江西林钢铁集团检修公司生产科,黑龙江,哈尔滨,150000【正文语种】中文活塞是发动机的心脏部件,目前国内外采用的多为过共晶铝硅合金铝硅或共晶合金来生产活塞。
活塞产品的性能好坏将直接关系到发动机的性能。
因此,活塞的生产厂家和使用活塞的用户均非常注重活塞的产品质量,尤其是市场竞争性较强的活塞生产厂家为了提高其活塞的内在质量,不仅不断的改进活塞的生产条件,更新活塞的铸造设备;而且集中力量去研究和改进活塞的铸造工艺,达到以较少的投入生产出更多的合格的优质产品的目的。
活塞铸造一般是以垂直销孔方向的活塞轴向剖面作为分型面,为了保证合金材料的定向凝固性,并且方便设计浇冒口系统,创造出有利于补缩的条件,获得致密的铸件。
从工艺上来说,对于金属浇铸型活塞,尤其是顶厚并且补缩量比较大的,一般采用下抽芯。
但是,为了方便金属铸件的制造,同时方便从铸件中抽取活塞芯,工厂一般情况下会采用上抽式制作方式,随着发动机制造技术的发展,活塞的设计在结构上不断得到了提升,在对其结构不断提出更新加工要求的同时,对其内在质量的要求也越来越高。
据相关文献记载,手工活塞因各部位冷却的不同速度,裙部的初晶硅和共晶硅比较均匀,顶部粗糙,而机加工出的活塞避免了以上的缺点,各部分冷却速度基本相同,因此各部分组织差别不大,尤其在铸件的宏观组织上,在按照标准要求对销孔中心剖面的磨光侵蚀处理后,手工的活塞铸件和机加工的活塞铸件相比,明显较为疏松,甚至有的还会出现孔眼。
活塞铝合金综合性能的研究
设计型综合实验实验名称:活塞铝合金综合性能的研究学校:学院:材料与化工学院专业:金属材料工程班级:学号:姓名:实验组员:指导老师实验时间:2016.08.31—2016.10.15摘要:活塞是发动机的心脏,时其关键零部件之一。
由于活塞工作条件恶劣,所以对其性能要求很高。
铸造铝硅合金具有良好的综合性能,故本课题以铝硅合金为基础做了两组对照试验:一组是对浇注成型的试样进行金相分析,另一组时对固溶时效处理后的试样进行金相显微分析,并对比两组金相组织。
第一组未精炼的试样组织其铸造组织缺陷多而明显,精炼后的使用组织由于铸型的预热和浇注温度的提高,缺陷铸件减少,且有明显的CuAl2、Al2Si等相。
固溶时效处理过程中炉温过高,导致了试样过烧。
关键词:活塞;铝硅合金;固溶时效;过烧Abstract:As one of the important components,a pistons is the hurt of automobile engine.The high demand of pistons was due to abominable operating conditions.The nice combination property was provided with casting Al-Si alloy,and there are two groups of control experiment was based on Al-Si alloy in project:one to metallographic analysis with contact molding sample and another to observe metallographic structure with the specimen was be solid solution and aging.There are many obvious casting defect of sample structure wasn’t refined in the first group.The defect decreases with the increasing pouring temperature,of samplestructure after the refine,and the phase of CuAl2、Al2Si wasapparent.Oversintering was leaded to higher furnace temperature in the solid solution and aging.Keywords:pistons;Al-Si alloy;solid solution and aging;oversintering目录绪论 (1)1.选题 (1)1.1选题背景和目的 (1)1.2课题的研究内容 (1)2.活塞铝合金概述 (2)2.1铝合金概述 (2)2.2活塞简述 (2)2.2.1活塞定义 (2)2.2.2活塞工作条件 (2)2.2.3活塞性能要求 (2)3.铝合金组成成分 (3)3.1各合金元素对铝合金的影响 (3)3.2铝合金炉料配比 (3)4.铝合金炉料熔炼 (4)4.1浇注型腔选择 (4)4.1.1选择铸造类型及原因 (4)4.1.2腔内涂料 (4)4.2变质剂 (4)4.2.1变质剂选择 (4)4.2.2变质作用 (5)4.3精炼剂 (5)4.3.1精炼剂选择 (5)4.3.2精炼作用 (5)4.4炉料熔炼流程 (5)4.5熔炼时注意要点 (6)5.热处理 (6)5.1热处理概述 (6)5.1.1固溶处理 (7)5.1.2时效处理 (7)5.2热处理的目的 (7)5.3热处理工艺选择 (7)5.4热处理要点 (7)6.金相制备 (8)6.1制备过程 (8)6.1.1金相试样的截取 (8)6.1.2试样磨制 (8)6.1.3试样抛光 (9)6.2金相组织 (9)6.2.1未经热处理的试样 (9)6.2.2热处理后的试样 (11)结论 (12)参考文献结束语绪论活塞在发动机的工作中起到重要作用,时发动机的关键性零件。
铝活塞发展现状
铝活塞发展现状铝活塞是一种应用广泛的发动机活塞材料,它具有重量轻、强度高、导热性能好等优点,在汽车、摩托车、船舶等各个领域都有广泛的应用。
铝活塞的发展现状主要表现在以下几个方面:首先,铝活塞材料的研发和改进不断推进。
为了满足不断升级的发动机技术要求,铝活塞的材料研发和改进一直是行业的热点。
目前,铝活塞主要采用高硅铝合金材料制造,通过合金化技术和热处理工艺等手段,提高了铝活塞的强度和硬度,使其能够承受更高的压力和温度。
其次,铝活塞的设计和制造技术不断进步。
随着计算机辅助设计和制造技术的不断发展,铝活塞的设计和制造过程变得更加精密和高效。
先进的数值模拟分析和优化设计方法使铝活塞的结构更加合理,提高了其性能和可靠性。
同时,先进的制造工艺和设备使铝活塞的加工精度和表面质量得到大幅提升。
另外,铝活塞的应用范围不断扩大。
随着电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车的兴起,铝活塞的需求量也在不断增加。
由于铝活塞具有重量轻、降低摩擦损失等优点,能够提高发动机的燃烧效率和动力输出,因此在新能源汽车中得到了广泛应用。
此外,铝活塞还被用于高性能发动机、船舶和航空航天等领域,以满足对发动机性能和可靠性的要求。
最后,铝活塞的制造工艺和环保性不断改善。
传统的冶金制造工艺会产生大量的废水、废气和固体废弃物,对环境造成严重污染。
为了降低环境影响,铝活塞制造企业积极推进清洁生产和循环利用技术,开发采用低能耗、低排放的新型工艺,大幅减少了对环境的负面影响。
综上所述,铝活塞作为一种重要的发动机零部件,在材料、设计、制造和应用等方面都有了显著的进展。
随着科技的不断发展和市场的需求变化,铝活塞的发展前景更加广阔,有望在未来继续取得更大的突破和进步。