摘要:在分析活塞使用工况及结构特点的基础上,确定了活塞本体及耐磨镶圈的材料,制定出熔炼工艺、变质工艺、镶圈工艺及时效处理工艺,保证了活塞的各项性能要求。关键词:铝活塞;Al2Si共晶合金;变质处理;时效;体积稳定性:TG146.2+1文献标识码:A:025426051(2001)0820024203ApplicationResearchonAluminumPistonofHigh2speedDieselEngineYANFan2mei,LIQuan2hua(BeineiGroupCorporation,Bei激ng100022,China)速度为12124m/s,而且与气缸的装配间隙小。BN4JB1活塞在结构设计上有其自身的特点,如活塞顶部采用缩口四角ω型燃烧室,第一道压缩环槽处镶嵌耐磨镶圈,活塞裙部镶铸热膨胀系数较小的钢片等。BN4JB1活塞的工况及结构特点决定了用于制造活塞的材料必须有较小的热膨胀系数、较好的体积稳定性和耐磨性、良好的导热性、较小的密度及足够的高温性能等;此外从经济角度考虑,活塞材料应具备经济性与良好的生产工艺性等特点1。112材料选择根据活塞的结构特点及工况分析,结合样机分析结果确BN4JB1型高速柴油机是引进日本五十铃公司的4JB1产品,对于该发动机的活塞,由于没有相关的技术条件,不能直接根据图纸进行生产,而现有的生产工艺又不能满足该活塞的使用要求。若依靠进口价格比较昂贵,因此进行BN4JB1活塞国产化的应用研究具有重大现实意义。1活塞材料及热加工工艺选择111活塞工况及结构特点BN4JB1活塞的工况较恶劣,该发动机额定净功率为5616kW,额定净功率时转速为3600r/min,活塞受到的最大爆发压力为8MPa,活塞行程102mm,活塞在气缸内的平均运动表1Table1铝活塞本体化学成分(质量分数,%)Compositionofaluminumpiston(wt%)SiCuMgNiTiFeMnZnSnPb1110～13100180～11500180～11300150～1150≤0120≤0170≤0120≤0120≤0101≤0105表2耐磨镶圈化学成分(质量分数,%)Table2Compositionofinsertedringseat(wt%)CSiMnNiCuCrPSCu+Ni214～218118～214110～1141315～1710510～710110～116≤0115≤0112≥20113热加工工艺11311熔炼及变质工艺(1)在煤气坩埚炉中熔配含10%Ni(质量分数)的Al2N中间合金锭和含30%Si(质量分数)的Al2Si中间合金锭。(2)在煤气坩埚炉中将ZL108合金熔化后倒入铸铁坩埚电阻炉,再加入Al2Ni中间合金锭10%(质量分数)Al2Si中间合金锭10%(质量分数)配制Al2Si2Cu2Mg2Ni合金,待合金全部熔化后升温到700～730℃用钟罩把经除油烘干的镁块压入铝液使镁熔融,补加镁量为1%(质量分数);用钟罩压入012%(质量分数)的无水ZnCl2精炼除气,钟罩离坩埚底部100mm,缓慢移动钟罩直至不再有气泡上浮至液面时为止,静置10min,使残留的AlCl3上浮,扒渣;继续升温到780～800℃,加入含磷10%(质量分数)的P2Cu中间合金(使用时需将P2Cu合金表面用钢丝刷清理干净,现场破碎成均匀的3～6mm的小块并用铝箔包住加入铝液)015%～018%(质量分数)变质处理,用石墨棒轻轻搅动使变质剂充分溶解,静置10min扒渣,浇铸变质检验试块并进行炉前成分分析,以试块断口细致均匀无闪光面、颜色较浅为变质良好,或试块最后凝固的表面呈龟甲状为变质良好;降温到720～750℃后再加入作者简介:严范梅(1968—),女,山东莒南人,高级工程师,工学硕士,主要从事发动机零部件的失效分析,内在质量综合分析及国产化应用研究工作。联系电话:(010)67715588转2270收稿日期:200120221424《金属热处理》2001年第26卷第8期---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---度为200～250℃。BN4JB1活塞采用鹅颈式直交道、缝隙式内浇口,从活塞顶部侧面浇铸,活塞顶部外模喷射自来水提高冷却速度。11312镶圈工艺采用阿尔芬法镶圈工艺,即将镶圈先在710～720℃纯铝液中浸泡40～50min,从铝液中取出后的转移时间在30～45s之内。11313热处理工艺铸造后直接采用220℃×6h,空冷的时效处理工艺,加热设备为井式炉。2试验结果及应用211活塞性能测试按上述材料及工艺生产的活塞进行性能测试,结果见表3。耐磨镶圈的性能测试结果表明,国产镶圈硬度为125～135HB,σb为200～220MPa;日本镶圈硬度为120～130HB,σ为205～215MPa。表3活塞性能测试对比结果BN4JB1活塞采用磷变质处理,原因有:①BN4JB1活塞采用共晶成分的铝2硅合金材料,这类材料必须进行变质处理才能发挥材料的...