哈工大热处理原理与工艺大作业-汽车活塞热处理资料

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在发动机工作时，活塞环
槽与活塞、活塞销座孔与活塞销、活塞裙与缸壁分别都构 成了摩擦副
失效形式有：磨损 、偏磨、 机械损伤和烧融
1汽车工作的时候活塞环槽和活 塞，活塞、销座孔和活塞销，活 塞裙与缸壁都分别构成了摩擦副， 所以很容易产生磨损 2当活塞中心线与气缸中心线不 重合的时候活塞会出现偏向磨损， 简称偏磨。 3烧融一般发生在活塞顶部和第 一第二环槽处，一般以顶面的融 洞、穿孔和头部圆周槽状缺口为 主要形式
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退火和正火的具体工艺是在共析转变临界温度AC点以上的高温石墨化处理， 一般处理的温度为930度到950度，铸态基体中的铁素体和珠光体都变成了奥
氏体，而碳化物分解成奥氏体和石墨。
冷却时可以出炉空冷即为正火处理，或者随炉冷却即为退火处理，经过这两 把火处理以后毛坯基体组织分解为铁素体和少量珠光体，碳化物要求达到3%



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加工工艺
1. 以活塞销孔为中心的加工表面。 这两组加工表面之间有一定的位置要求。 环岸对活塞轴心的径向跳动最大允差为 0.1 ,环槽底对活塞裙部轴心的最大允差 为0.15 ,环槽侧面对活塞裙部轴心线垂直 度不超过25∶0.07,跳动不超过0.25 。 活 塞销孔圆柱度为0.00125 ,两销孔同轴度 误差在最大实体状态时为零，销孔轴心 线对裙部轴心线垂直度为100∶0.035
以下，即可达到要求。
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2、球铁环切片后的调质处理： 正常情况下，球铁环的铸态组织都不均匀，需要经过调质处理后才能使用，铸 态和调质后的状态性能差别很大，如图： 双片球铁经过切片，在粗磨双端后就可以进行调质处理，即进行淬火加高温回 火处理，是将球铁毛坯加热到AC温度以上加热，使基体内的铁素体和珠光体 完全奥氏体化，淬火时转变成马氏体，再经过高温回火转变成回火索氏体，回 火索氏体具有较高的韧性、强度和硬度，综合机械性能优良。
活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变 的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条 件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用 是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆 驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组 成部分。
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活塞工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的 条件下工作。
活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受 热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高 达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很 大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高 达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活 塞在气缸内以很高的速度（8～12m/s）往复运动，且速度在不断 地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。 活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产 生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。
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缺陷1：渗层碳浓度过高
方法：控制炉气氛碳势合适
缺陷2：表面有粗块状或连续网状碳化物
方法：改进扩散工艺，在900到920度之间进行扩 散减少过多的碳化物，在860到880度之间进行长 时间加热消除碳化物网 缺陷3：淬火后渗层中残余奥氏体级别过高
方法：采取深冷处理消除过多的奥氏体
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12碳化物控制在5%以下，铁素体含量在30%以 下，用低温软化退火来代替高温石墨化退火或者正火工艺。目的是使珠光 体部分分解成铁素体，降低硬度，便于切片加工，低温软化退火工艺如下 图： 低温软化退火温度低、时间短，毛坯和工装基本无氧化脱碳，不需要防氧 化脱碳保护，电耗和退火成本大幅度下降，生产效率也很高，是值得推广 的。
常见的失效形式有活塞顶面裂纹 活 塞环槽过度磨损 活塞销座裂纹 销孔 咬合 环岸和裙部脆断等。
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内燃机活塞在高温高压高负荷条件下工作，对活塞的要求 相对较高，因此主要谈谈内燃机活塞的分类。
1. 按使用的燃料来分，可分为汽油机活塞、柴油机活塞、天燃气活塞。 2. 按制造活塞的材料来分，可分为铸铁活塞、钢活塞、铝合金活塞及 组合活塞。 3. 按制造活塞毛坯的工艺来分，可分为重力铸造活塞、挤压铸造活塞、 锻造活塞。 4. 按活塞的工作状况来分，可分为非增压活塞和增压活塞两大类。 5. 按活塞的用途来分，可分为轿车活塞、卡车活塞、摩托车活塞、船 用活塞、坦克活塞、拖拉机活塞、剪草机活塞等。
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工序 9.粗镗、半精镗活塞销孔 27.52 选用金刚镗床加工，硬质合金刀具。 工序10.精车裙部椭圆 101.6 活塞套车机加工，高速钢车刀。 工序11.去毛刺 工序12.精镗活塞销孔 以销孔为角向定位， 选用金刚镗床加工,高速钢车刀。 工序13.中间检验 工序14.切卡环槽 30.5 C2-115车床,高速钢车刀。 工序15.销孔座内侧倒角 80226专用车床，成型车刀。 工序16.滚挤活塞销孔 ZA125 立式钻床，脉冲滚压器。 工序17.去毛刺 工序18.清洗吹净活塞 DTX40-J-G通过式清洗机。 工序19.终检活塞 工序20.装配前裙部分组尺寸复检
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在汽车活塞环中，以球铁活塞环为例，讲一下汽车活塞环的热处理工 艺。
球墨铸铁是由球状石墨和铁的基体组成。 双片球铁环毛坯的退火和正火：双片球铁环铸造毛坯的基体组织以珠光体和
铁素体为主，还有少量的渗碳体（自由渗碳体）。这样就必须通过退火和正 火来消除多余的渗碳体，同时双片球铁环毛坯铸态硬度高，在双片切片加工 时刀具磨损快，也需要通过退火和正火来降低硬度，便于加工。
2.以活塞中心线为中心的加工表面
3.工艺规程设计
3.1 确定毛坯的制造形式 3.2定位基准的选择 3.3 制订工艺路线 3.4 加工工序的最后确定
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最后加工工序
工序 1.钻活塞销孔 以外圆表面和内顶及内表面为粗基准，选用Z148组合机床,刀具为高速钢麻花钻。 工序 2.铣两侧销座凹坑 以外圆表面内表面为定位基准，选用80618专用铣床，成型铣刀。 工序 3.车止口 以外圆、顶面定位，活塞专用机床，硬质合金刀具。 工序 4.铣回油槽 止口定位，ZF014活塞专用机床，高速钢圆盘铣刀具。 工序 5.粗精车外圆﹑顶面﹑环槽﹑环岸并倒角 止口定位，六轴自动车床，成型车刀。 工序 6.中间检验 工序 7.扩活塞销孔 26.8 自定心夹紧，销座角向定位基面,Z149组合机床，高速钢扩孔钻。 工序 8.钻销座油孔 5 选用4023台钻，高速钢钻头。
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活塞检验主要是裙部直径、活塞环槽高度和活塞销座孔尺 寸的测量
裙部直径：一种方法是用千分尺测量活塞裙部规定的测量 位置。将在此位置测得的数据与气缸磨损最大部位的测量 值相减，并用所得差值与配缸间隙值相比较，即可确定该 活塞可否使用。 第二种采用测量配缸间隙的方法来确定 活塞可否使用。 活塞环槽的测量：安装气环的环槽，用标准气环装入其内， 用塞尺测量其侧隙，即可确定其是否符合要求
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材料要求
(1).要有足够的刚度和强 度，传力可靠； (2).导热性好，耐高压、 耐高温、耐磨损； (3).质量小，重量轻，尽 可能减小往复惯性力 (4).热膨胀系数小。
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铝合金活塞
铝合金的突出优点是密度小，可大大减少活塞的质量及往复运动的惯性力，因此铝合金活塞常常应用于中、小缸径 的中、高速内燃机上，尤其以汽车发动机中居多。 铸铁活塞 铸钢活塞 铸钢的机械强度高，耐热性、耐蚀性以及耐磨性均优于铝合金和铸铁，具有高的弹性模量，优良而稳定的高温性能 和比较低的线膨胀系数等优点，但缺点是密度大、加工麻烦、成本高，对缸套的磨损严重。 镶体活塞 为解决铝活塞的硬度随着温度升高而大幅度下降的问题，采取在活塞的环槽处镶一导热系数较小且热膨胀系数与活 塞基体合金相近的材料制成的环槽圈，这样既强化了环槽，又对活塞热量外流起了限制作用。 陶瓷活塞 陶瓷是用于汽车发动机上的新材料，具有质量轻、耐磨、绝热性好、高温强度大等优点。活塞陶瓷化的主要优点有： 可实现部分或全绝热，从而取消冷却系统并且回收废气能量以降低油耗； 降低高强化柴油机活塞的温度，特别是环槽的温度； ③ 改善排放。全陶瓷活塞目前还无成功的应用实例，但组合式陶瓷活塞已在特种发动机上得到了一定的应用。 铝基复合材料活塞 以轻金属为基体的复合材料除了具有基体金属的性能外，还具有更突出的优点，主要表现在复合材料重量轻、动载 荷小、耐磨性好，与基体合金相比其高温强度和抗热疲劳性能明显提高，并具有较低的线膨胀系数。