氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒?，包括?）.制成兩體式氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的上預(yù)制件和下預(yù)制件，其中氧化鋁陶瓷纖維體積分?jǐn)?shù)為8-25%，氧化鈦顆粒體積分?jǐn)?shù)為1-9%，其余為空隙；2）.以食鹽和鈦酸鋁陶瓷為原料制成可溶芯；3）.將滲鋁處理后的耐磨鑄鐵鑲?cè)Ψ湃腓T造模具內(nèi)并固定；4）.將兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件預(yù)熱；5）.將可溶芯預(yù)熱后，取出兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件，將可溶芯裝入氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的下預(yù)制件，再將氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件與下預(yù)制件組合，迅速放入模具中；6）.向鑄造模具內(nèi)倒入鋁合金溶液，加壓成型。
【專利說明】氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活塞毛坯的制造方法，尤其是一種氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002]目前，載重汽車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車以及船用的發(fā)動(dòng)機(jī)都在向大功率、高負(fù)荷方向發(fā)展，強(qiáng)化程度不斷提高，排放要求越來越嚴(yán)格。在發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞的頭部增加氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)可大幅度提高活塞喉口的熱疲勞性能，內(nèi)冷通道結(jié)構(gòu)可有效降低活塞頭部的溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。采用液態(tài)模鍛鑄造工藝可使活塞組織更加致密，機(jī)械性能更高。因此，將三項(xiàng)結(jié)合起來，將大大提高活塞的使用性能。內(nèi)冷通道是將可溶芯鑄造在活塞毛坯頭部，鑄成后再講可溶芯沖溶出去而形成的。但是，受擠壓鑄造工藝方式的限制，通過模具本身無法實(shí)現(xiàn)可溶芯的定位。
[0003]目前為止，用于形成內(nèi)冷通道的可溶芯為食鹽制成的鹽芯或添加了石英等氧化物。鑄造過程中，鋁合金溶液在高溫、高壓下可浸入可溶芯內(nèi)部，活塞毛坯鑄造成后可溶芯不能沖溶干凈，影響將來的內(nèi)冷效果。因此，以液態(tài)模鍛方式生產(chǎn)帶有氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷通道結(jié)構(gòu)鑲?cè)钊墓に囈恢睕]有實(shí)現(xiàn)。只能通過以液態(tài)模鍛鑄造方式鑄造帶有氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)但不帶有內(nèi)冷通道的活塞毛坯，或是采用普通鑄造方式鑄造只帶有內(nèi)冷通道的活塞毛坯。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)⑶1943915八公開了一種以液態(tài)擠壓鑄造工藝鑄造帶有內(nèi)冷通道的活塞毛坯的方法，但是:其一 (^1943915八技術(shù)僅采用了氧化鋁纖維增強(qiáng)燃燒室喉口，活塞在高溫時(shí)的穩(wěn)定性較差。其二⑶1943915八技術(shù)采用食鹽加剛玉的技術(shù)，但其強(qiáng)度、穩(wěn)定性均較差。其三⑶1943915八技術(shù)采用鑲?cè)潭?，固定效果差?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒?，以?shí)現(xiàn)在利用液態(tài)模鍛鑄造氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)提高燃燒室喉口的高溫疲勞強(qiáng)度和活塞組織致密性的同時(shí)，制出內(nèi)冷通道結(jié)構(gòu)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒?，包括以下步驟:
1).制成兩體式氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的上預(yù)制件和下預(yù)制件，其中氧化鋁陶瓷纖維體積分?jǐn)?shù)為8-25%，氧化鈦顆粒體積分?jǐn)?shù)為1-9%，其余為空隙；
上預(yù)制件和下預(yù)制件的制作方法:
^1.將氧化鋁陶瓷纖維粉碎至10-100 4 ^ ；
^2.按體積分?jǐn)?shù)分別稱量氧化鋁陶瓷纖維和氧化鈦顆粒，將兩者混合后，加入混料機(jī)，充分混合均勻；
^3.將混合后的料分別放入上預(yù)制件和下預(yù)制件的模具，壓制成型； ￡14.加熱至1050?1350。〇，時(shí)間1-3小時(shí)，即刻成型；
2).以食鹽和鈦酸鋁陶瓷為原料制成可溶芯；
3).將滲鋁處理后的耐磨鑄鐵鑲?cè)Ψ湃腓T造模具內(nèi)并固定；
4).將兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件預(yù)熱；
5).將可溶芯預(yù)熱后，取出兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件，將可溶芯裝入氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的下預(yù)制件，再將氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件與下預(yù)制件組合，迅速放入模具中；
6).向鑄造模具內(nèi)倒入鋁合金溶液，加壓成型。
[0007]所述的可溶芯是通過下列方法制成的:
將食鹽和鈦酸鋁陶瓷粉碎至80?120目篩后，分別加熱至45(^5501以除去其中所含有的水分和其他揮發(fā)性雜質(zhì)；
以按鈦酸鋁為20?40重量份、食鹽為60?80重量份的配比配料，再進(jìn)行混合；
匕將混合后的原料放入模具內(nèi)，擠壓成型；
己、對(duì)成型后的可溶芯外形進(jìn)行車制加工；
6、將車制加工后的可溶芯送入焙燒爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，然后取出。
[0008]所述的鈦酸鋁陶瓷也可以為鈦酸鋯或其他類似材料。
[0009]本發(fā)明中的鈦酸鋁陶瓷用于活塞鹽芯的制造，這與鈦酸鋁陶瓷用于柱塞活塞是完全不同的，鈦酸鋁陶瓷柱塞活塞是整體采用鈦酸鋁陶瓷，是純陶瓷材料。而陶瓷鹽芯，是以食鹽為主，而以鈦酸鋁陶瓷粉作為添加劑加入，其形成的是制作活塞用的鹽芯，而不是活塞本身。
[0010]本發(fā)明與中國(guó)專利申請(qǐng)⑶1943915八相比較:
其一是:(^19439154技術(shù)僅采用了氧化鋁纖維增強(qiáng)燃燒室喉口，活塞在高溫時(shí)的穩(wěn)定性較差。本發(fā)明采用氧化鋁陶瓷纖維加氧化鈦顆粒復(fù)合增強(qiáng)提高了燃燒室喉口的技術(shù)，在提高燃燒室喉口高溫疲勞強(qiáng)度同時(shí)，氧化鈦顆粒具有較小的膨脹系數(shù)，進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的穩(wěn)定性，使活塞體積穩(wěn)定性提高，其體積變化率降低約5%。氧化鋁陶瓷纖維加氧化鈦顆粒復(fù)合增強(qiáng)，具有較大難度，尤其是顆粒的均勻性問題，通過添加顆粒有機(jī)物較好地解決了該難題；
其二是⑶1943915八技術(shù)采用食鹽加剛玉的技術(shù)，但其強(qiáng)度、穩(wěn)定性均較差。本發(fā)明采用了食鹽和鈦酸鋁陶瓷，這在鹽芯中使用是獨(dú)一無二的。
[0011]其三鹽芯的固定方式是完全不同的，⑶1943915八技術(shù)采用鑲?cè)潭?。而本發(fā)明使用上預(yù)制件與下預(yù)制件固定，這在復(fù)合材料活塞生產(chǎn)中也是獨(dú)一無二的。內(nèi)冷質(zhì)量由原來50%的成品率，提聞到80%以上。
[0012]本發(fā)明以液態(tài)模鍛工藝鑄造帶有氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷通道鑲?cè)钊鞯姆椒ǎ赏ㄟ^組合氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒預(yù)制件實(shí)現(xiàn)可溶芯在鑄造模具內(nèi)的固定，定位準(zhǔn)確。食鹽和鈦酸鋁為原料制成的可溶芯，具有目前其他可溶芯材料無法相比的熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度高，密度大，具有與熔融鋁液不浸潤(rùn)的特性，在高溫、高壓下鋁合金溶液也不會(huì)浸入可溶芯內(nèi)部，更有利于將來形成內(nèi)冷通道時(shí)的清除，耐激冷、激熱能力強(qiáng)，工藝適應(yīng)性好，沖溶時(shí)食鹽溶解更迅速。將這種方法制成的活塞毛坯進(jìn)一步加工成活塞后，氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)提高了燃燒室喉口的高溫疲勞強(qiáng)度，氧化鈦顆粒具有較小的膨脹系數(shù)，進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的穩(wěn)定性，使活塞體積穩(wěn)定性提高，其體積變化率降低約5%。同時(shí)液態(tài)模鍛鑄造工藝制成的活塞組織致密，機(jī)械性能高，再加上內(nèi)冷通道的存在，降低了頭部燃燒室及環(huán)槽的溫度，大大提高了活塞的承載能力，適應(yīng)了大功率、高負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)或的性能要求。同時(shí)，這種鑄造方法也具有良好的鑄造工藝性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是以液態(tài)模鍛鑄造工藝鑄造的帶有內(nèi)冷通道的活塞毛坯結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷通道鑲?cè)钊善穲D；
圖3是活塞耐磨鑄鐵鑲?cè)D；
圖4是可溶芯(陶瓷鹽芯)圖；
圖5是上預(yù)制件、下預(yù)制件與可溶芯在底模上的組合圖；
圖6是上預(yù)制件、下預(yù)制件與可溶芯及所有活塞模具組合圖。
[0014]其中1.燃燒室，2.頭部，3.上預(yù)制件，4.下預(yù)制件，5.耐磨鑄鐵鑲?cè)Γ?.可溶芯，
7.環(huán)岸部，8.銷孔，9.裙部，10.凸模，11.外模，12.底模。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016]氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒?，包括以下步驟:
1).制成兩體式能上下組合的氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的上預(yù)制件3和下預(yù)制件4，其中氧化鋁陶瓷纖維體積分?jǐn)?shù)為8-25%，氧化鈦顆粒體積分?jǐn)?shù)為1-9%，其余為空隙。上預(yù)制件3和下預(yù)制件4的制作方法:
8.將氧化鋁陶瓷纖維粉碎至10-100 4！11。
[0017]匕按體積分?jǐn)?shù)分別稱量氧化鋁陶瓷纖維和氧化鈦顆粒，將兩者混合后，加入混料機(jī)，充分混合均勻。
[0018]0.將混合后的料分別放入上預(yù)制件3和下預(yù)制件4的模具，壓制成型。
[0019](1.加熱至1050?13501，時(shí)間1-3小時(shí)，上預(yù)制件3和下預(yù)制件4即刻成型。
[0020]氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒預(yù)制件組合后中間形狀恰為可溶芯形狀。兩體組合可有效固定可溶芯。
[0021]2).以食鹽和鈦酸鋁陶瓷為原料制成可溶芯；
可溶芯6是通過下列方法制成的:
3、將食鹽和鈦酸鋁粉碎至80?120目篩后，分別加熱至450?5501以除去其中所含有的水分和其他揮發(fā)性雜質(zhì)；
以按鈦酸鋁為20?40重量份、食鹽為60?80重量份的配比配料，再混合均勻；
0、將混合均勻后的原料放入模具內(nèi)，擠壓成型；
己、對(duì)成型后的可溶芯外形進(jìn)行車制加工；
6、將車制加工后的可溶芯送入焙燒爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，然后取出。
[0022]3).將滲鋁處理后的耐磨鑄鐵鑲?cè)Ψ湃腓T造模具內(nèi)并固定；
4).將兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件預(yù)熱；
5).將可溶芯預(yù)熱后，取出兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件，將可溶芯裝入氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的下預(yù)制件，再將氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件與下預(yù)制件組合，迅速放入模具中；
6).向鑄造模具內(nèi)倒入鋁合金溶液，加壓成型。
[0023]通過以上方法即可制成以食鹽為粘結(jié)劑、鈦酸鋁顆粒為基體的可溶芯?；钊髦瞥珊?，在活塞毛坯內(nèi)的可溶芯的下部鉆出與活塞內(nèi)腔相通的進(jìn)出油孔，向孔內(nèi)注水，就可將食鹽溶化，并將鈦酸鋁顆粒沖出，形成內(nèi)冷通道。將可溶芯送入焙燒爐內(nèi)進(jìn)行燒制時(shí)，其燒制溫度稍高于現(xiàn)有的鹽芯的燒制溫度。
[0024]鈦酸鋁也可以為鈦酸鋯或其它類似材料。
[0025]加壓成型工藝與現(xiàn)有的液態(tài)模鍛鑄造工藝中的加壓成型工藝相同。耐磨鑄鐵鑲?cè)Φ臐B鋁處理與現(xiàn)有的處理工藝相同。
[0026]如圖1所示，以液態(tài)模鍛鑄造工藝鑄造的帶有內(nèi)冷通道的活塞毛坯，由頭部2、環(huán)岸部7、裙部9組成，裙部有銷孔8，頭部有燃燒室1、環(huán)岸的第一環(huán)槽由耐磨鑄鐵鑲?cè)?制成。如圖2所示，可溶芯6經(jīng)孔內(nèi)注水，就可將食鹽溶化，并將鈦酸鋁顆粒沖出，形成內(nèi)冷通道。如圖5未澆注鋁液，僅為示意活塞毛坯內(nèi)的可溶芯6通過陶瓷纖維上預(yù)制件3和下預(yù)制件4固定于底模12的情況，組合的結(jié)果使內(nèi)冷通道的位置得到保證。
[0027]如圖6所示，鑄造模具由凸模10、外模11、底模12組成。該模具為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。
[0028]采用本發(fā)明之方法制成的活塞毛坯，經(jīng)常規(guī)的16熱處理后，進(jìn)一步通過機(jī)械加工等，制成如圖2所示的活塞。
[0029]本發(fā)明僅僅描述和表示了其代表性的形式，除此之外，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出多種變化和修改。如可利用本發(fā)明之方法，制成既具有內(nèi)冷通道和耐磨鑄鐵鑲?cè)?、又具有燃燒室局部氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)的高性能活塞。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鋁纖維氧化鈦顆粒增強(qiáng)內(nèi)冷鑲?cè)钊髦圃旆椒?，其特征是，包括以下步驟: 1).制成兩體式氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的上預(yù)制件和下預(yù)制件，其中氧化鋁陶瓷纖維體積分?jǐn)?shù)為8-25%，氧化鈦顆粒體積分?jǐn)?shù)為1-9%，其余為空隙； 上預(yù)制件和下預(yù)制件的制作方法: al.將氧化鋁陶瓷纖維粉碎至10-100 μ m ； a2.按體積分?jǐn)?shù)分別稱量氧化鋁陶瓷纖維和氧化鈦顆粒，將兩者混合后，加入混料機(jī)，充分混合均勻； a3.將混合后的料分別放入上預(yù)制件和下預(yù)制件的模具，壓制成型； a4.加熱至105(Tl350°C，時(shí)間1-3小時(shí)，即刻成型； 2).以食鹽和鈦酸鋁陶瓷為原料制成可溶芯； 3).將滲鋁處理后的耐磨鑄鐵鑲?cè)Ψ湃腓T造模具內(nèi)并固定； 4).將兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件預(yù)熱； 5).將可溶芯預(yù)熱后，取出兩體氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件和下預(yù)制件，將可溶芯裝入氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒的下預(yù)制件，再將氧化鋁陶瓷纖維氧化鈦顆粒上預(yù)制件與下預(yù)制件組合，迅速放入模具中； 6).向鑄造模具內(nèi)倒入鋁合金溶液，加壓成型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的可溶芯是通過下列方法制成的: a、將食鹽和鈦酸鋁陶瓷粉碎至8(Γ120目篩后，分別加熱至45(T550°C以除去其中所含有的水分和其他揮發(fā)性雜質(zhì)； b、按鈦酸鋁為2(Γ40重量份、食鹽為6(Γ80重量份的配比配料，再進(jìn)行混合； C、將混合后的原料放入模具內(nèi)，擠壓成型； d、對(duì)成型后的可溶芯外形進(jìn)行車制加工； e、將車制加工后的可溶芯送入焙燒爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，然后取出。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的鈦酸鋁陶瓷替換為鈦酸鋯。
【文檔編號(hào)】B22D18/02GK104353814SQ201410587443
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】馮增建, 張國(guó)華, 張衛(wèi)正, 高曉波, 高占雨, 徐云慶, 俎訓(xùn)龍, 劉小房, 辛立波, 譚春喜, 李建興 申請(qǐng)人:山東濱州渤?；钊煞萦邢薰?br>