[发明专利]铸造耐热稀土镁合金发动机活塞及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造耐热稀土镁合金发动机活塞及其制备方法，具体涉及一种通过综合考虑活塞用材料的性能要求，选择合适的稀土镁合金、选取合适的铸造工艺参数以及调整相应的热处理工艺从而实现高强度、抗蠕变耐热镁合金活塞的低成本制备，属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

活塞是发动机中最重要的构件之一，因其在高温、高压、腐蚀、磨擦、高速运动的条件下工作，对材料的性能要求很高。铝硅多元合金是目前用于制备发动机活塞的主流材料，以专利US2004/0057865A1为例，它报道了一种Si含量介于10～21重量％范围的Al-Si-Mg-Ti-Cu-Fe-Ni-P多元合金活塞，通过成分优化可获得显著优于传统材料的抗热机疲劳性能。

随着全球石油资源的短缺，各国出台了日益严格的汽车尾气排放标准，生产出重量轻、油耗少、环保型的新型汽车是汽车工业中日益严峻的话题。镁合金作为最轻的金属结构材料，在汽车工业中的应用越来越广泛。众所周知，发动机是汽车的心脏，而活塞则是发动机中最关键的部件。通常活塞在往复运动过程中会引起震动，并对曲轴施加较大的侧向力。在大功率发动机中，这些力通常要靠昂贵的平衡系统来平衡。因此，选用更轻的活塞除了可以减轻重量，降低油耗之外，还可以大幅减轻活塞运动过程中的震动，提高曲轴的寿命，降低噪声，增加乘坐的舒适性。与传统的铝合金活塞相比，镁合金活塞有望减轻30％的重量。因此，日本专利文献特开2009-36143中公开了在汽车活塞中应用镁合金的内容。

发明内容

在上述现有技术中，在发动机的活塞上使用了镁合金，但是没有考虑到镁合金在高温条件下的性能。然而，在发动机活塞上使用常规的镁合金时，实际上因为镁合金的高温强度不够，活塞的往复运动仍会引起较大震动，因此通常情况下难以在发动机活塞上使用镁合金。

本发明正是为了解决现有技术中的这些课题而完成的，本发明的目的在于提供一种铸造耐热稀土镁合金发动机活塞及其制备方法，根据本发明的铸造耐热稀土镁合金发动机活塞，能够确保发动机活塞在高温条件下的强度，其结果可以大幅减轻活塞运动过程中的较大震动，并且能实现内燃机的轻量化，从而还能达到节约能源以及减小环境负荷的效果。

为实现上述本发明的目的，本发明提供一种铸造耐热稀土镁合金发动机活塞，其特征在于，该铸造耐热稀土镁合金发动机活塞是在内燃机的汽缸内做往复运动的构件，该发动机活塞的至少其头部由耐热稀土镁合金铸造而成，该耐热稀土镁合金的组成如下：6重量％≤Y≤15重量％，1重量％≤Gd≤6重量％，0.5重量％≤Zn≤3重量％，0≤Zr≤0.9重量％，其余是Mg以及不可避免的杂质。

上述本发明的铸造耐热稀土镁合金发动机活塞，优选是在铸造耐热稀土镁合金并对其实施固溶处理之后，以0.002℃/s以上且68℃/s以下的冷却速率将其冷却而得到的。

根据本发明的铸造耐热稀土镁合金发动机活塞，首先，与专利US2004/0057865A1相比，由于采用了比传统铝硅合金活塞材料密度更小的镁合金作为原材料，大大减轻了活塞的重量，除了可以降低油耗外，还可以大幅减轻活塞运动过程中的较大震动，提高曲轴的寿命，减少噪声，增加乘坐的舒适性。

并且，如上所述，本发明由于至少将发动机构成中对高温强度的要求最高的头部由具有上述组成的镁合金铸造而成，相比于用常规镁合金的情况而言，大幅度提高了发动机活塞的抗蠕变性能，从而能够抑制发动机活塞做往复运动时的震动。另外，由于用高温强度高的镁合金来构成发动机的活塞，因此能够实现内燃机的轻量化，其结果，还能达到节约能源以及减小环境负荷的效果。