[发明专利]一种耐低温冲击的活塞镶圈及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用连续铸造球墨铸铁空心型材所制作的耐磨镶圈以及将其镶铸于铝活塞时的超声波清洗方法。属于工业技术领域。 

背景技术

大功率内燃发动机的铝活塞中，镶铸一种耐磨镶圈，其作用是在多频率瞬时高温高压环境下承受活塞环内侧面的高速往复摩擦，从而使铝活塞的寿命提高数倍。 

耐磨镶圈的关键性能指标有四条： 

1、热膨胀系数要与铝活塞基体的热膨胀系数（22×10-6/℃）尽量接近； 

2、抗拉强度≥170MPa、抗弯强度≥338MPa、弹性模量≥96.5； 

3、硬度在HB130-180之间； 

4、经浸渍——镶铸工艺后与铝活塞之间的熔接强度≥50MPa。 

在寒冷地区使用的发动机，其耐磨镶圈还需要具有高的低温冲击韧性。 

为了满足上述要求，传统的生产工艺过程的要点是： 

1、用离心铸造方法铸造出高镍中铜含量的灰铸铁管坯，其铸铁成分中除了C、Si、Mn、P、S五大元素外，增加了13.5—28%的Ni，6%的Cu和1%左右的Cr，使其铸态组织成为奥氏体状态，从而达到所要求的热膨胀系数和其他性能。 

2、用此管坯车削出环形镶圈，喷丸、化学清洗、烘干。 

3、镶嵌浇注前，在铝合金溶液槽中浸渍4-7分钟。 

4、快速转移到活塞浇铸机的模腔中的固定位置，旋即向模腔中浇注铝合金熔液，使镶圈镶嵌于铝活塞中。 

5、对镶有镶圈的铝活塞铸件作退火处理。 

6、机械加工铝活塞为成品。 

用上述方法制作的奥氏体灰铸铁耐磨镶圈，其耐低温冲击韧性较低，导致在寒冷地区使用的内燃发动机，在启动时刻活塞往往断裂掉头。 

发明内容

本发明的目的是提供一种耐低温冲击的活塞镶圈，使寒冷地区使用的移动式动力机械的内燃机的铝活塞的可靠性和使用寿命得到提高。 

本发明所采用的技术方案是，一种耐低温冲击的活塞镶圈，按质量百分比由以下组分组成：C为2.0-2.4%，Si为1.4-1.8%，Mn为0.8-1.0%，Ni为13.0-15.0%，Cu为5.5-6.5%，Cr为0.3-0.5%，Mg为0.01-0.06%，S≤0.08%，P≤0.15%，余量为Fe。 

本发明的特点还在于， 

其金相组织中石墨形态的特征为球状，球化率≥85%，球径7-8级以上，石墨球数量≥200个/mm²。 

其低温冲击韧性在-50℃环境温度下不小于12J。 

本发明的另一目的是一种上述的活塞镶圈的制备方法，按照以下步骤实施： 

1）选取连续铸造的奥氏体球铁空心型材，车削切割出镶圈环片； 

2）把环片吊挂到超声波清洗槽中，在20-30千周频率下清洗3-5分钟；出槽后烘干； 

3）对步骤2）处理完成的镶圈环片吊挂到720-730℃铝液保温槽中浸渍4-6分钟，烘干后即得。 

步骤1）中所述奥氏体球铁空心型材按质量百分比由以下组分组成：C为2.0-2.4%，Si为1.4-1.8%，Mn为0.8-1.0%，Ni为13.0-15.0%，Cu为5.5-6.5%，Cr为0.3-0.5%，Mg为0.01-0.06%，S≤0.08%，P≤0.15%，余量为Fe。 

步骤3）浸渍过程期间作数次抖动，以便加速裹挟气体的逸出。 

步骤1）中所述奥氏体球铁空心型材金相组织中石墨形态的特征为球状，球化率≥85%，球径7-8级以上，石墨球数量≥200个/mm²。 

步骤1）中所述奥氏体球铁空心型材低温冲击韧性在-50℃环境温度下不小于12J。 

本发明的有益效果是，既保持了接近于铝活塞基体的热膨胀系数、硬度等关键的物理和机械性能，又显著提高了镶圈与铝合金活塞本体之间的熔接强度，并且具备良好的低温冲击韧性，使内燃发动机适用于寒冷地区使用。 

附图说明

图1是铸铁中A型石墨片对熔接界面的割裂显微照片； 

图2是铸铁中B型石墨片对铝熔体熔接的阻隔显微照片； 

图3是国家行业标准中6级石墨球的尺寸及密度显微照片； 

图4是连铸球铁空心型材的石墨球尺寸及密度显微照片。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。