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铝合金活塞的成分
铝合金活塞是高性能内燃机等机械设备的核心部件之一，具有重要的作用。
它的成分
直接影响到它的物理力学性能和耐腐蚀性能，因此铝合金活塞的成分十分重要。
下面就对
铝合金活塞的成分进行详细介绍。
铝合金活塞的主要成分是铝，其次是其他合金元素。
铝在铝合金活塞中的含量一般为85%以上，其余的合金元素包括硅、镁、铜、锰、锌等。
这些元素在铝合金活塞中的含量
不同，可以根据实际需要进行调整。
硅：硅是铝合金活塞中的重要元素，其含量一般在10%左右。
硅能够提高铝合金活塞
的强度和硬度，同时还能增加其耐热性。
硅和铝能够形成一种稳定的氧化物薄膜，能够抵
御高温氧化的侵蚀。
镁：镁能够使铝合金活塞变得更为轻巧，同时还能提高其强度和耐腐蚀性能。
镁含量
在0.3%-0.6%左右。
锌：锌能够提高铝合金活塞的强度和硬度，但同时也会降低其韧性。
锌含量在〈4%左右。
其它合金元素：除了以上几种元素之外，铝合金活塞中还可能添加其他一些合金元素。
例如，钙、锆等元素能够提高铝合金活塞的耐高温性能。
铝合金活塞可以根据其材质的不同来进行分类。
常见的铝合金活塞材质包括：
1、铝硅合金活塞：这种铝合金活塞中硅的含量较高，一般在10%左右。
铝硅合金活塞具有良好的耐高温性能和抗磨性能。
4、铸造铝合金活塞：这种铝合金活塞是通过铸造方法制造而成，具有精度高、内部
结构稳定的优点。
第27卷第6期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.27，No.6 Dec.，20212021年12月活塞作为汽车发动机的重要组件之一，被称为发动机的“心脏”[1]。
它一般服役于极端温度、贫油、高比负荷等苛刻工作环境，随着人们对发动机的爆发压力和功率密度要求不断提高，其机械负荷也不断提升，表面磨损能量损耗通常高达总损耗的50%[2-4]。
车用发动机铝合金活塞具有材质轻、高强度的特点，然而，其高温强度和耐磨性较差，因而容易出现由黏着磨损引发的内壁拉缸以及由磨粒磨损引发的密封面破坏，从而使得发动机的整体质量恶化，使用寿命及工作效率受到影响[5-7]。
因此，为进一步提高活塞的耐磨性能和综合服役性能，延长其使用寿命，亟需对车用发动机活塞表面进行强化处理的研究。
当前，已有研究成果显示：高晓波等人[8]对铝合金活塞材质添加TiB2颗粒，使得工件高温强度提升，活塞的磨损量降低70%；赵小峰等人[9]对铝合金活塞环环槽表面采用共沉积技术制备Ni-SiC 耐磨涂层，涂层分布均匀覆盖，硬度高达700~800 HV，耐磨性提高了2~3倍；吴成武等人[10]对失效退役的往复式活塞杆采用超音速火焰喷涂技术进行修复，使其耐用性优于新品；逯世廷[11]研究发现，活塞的往复运动使活塞-缸套磨损加剧、间隙加大，从而影响活塞的振动特性，进而影响到发动机的工作可靠性；张俊峰等人[12]对缸套/活塞摩擦副进行激光束织构处理后，利用含MoS2和Al2O3颗粒的镍基镀液进行镀层，由于所含颗粒发挥的自润滑功能降低了摩擦作用力，该镀层使得工件磨损率显著降低。
然而，参考上述研究思路及方法，对铝合金材质活塞表面采用等离子喷涂技术制备镍基涂层，并分析其组织、力学性能和磨损性能的研究相对较少。
本文以最常见的发动机活塞材料ZL109为基车用铝合金发动机活塞表面强化涂层磨损性能研究韩冰源，杜伟，徐文文，高祥涵，楚佳杰，吴成（江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州213001）摘要：为了研究车用发动机铝合金活塞表面强化处理效果，以ZL109材料为基体，采用等离子喷涂技术制备镍基合金涂层，并对涂层宏微观形貌、显微硬度、结合强度和孔隙率等基本特性进行了系统表征。
（a）安装不到位（b）安装合格图1销孔镶铜套活塞销镶嵌工艺首先根据活塞结构及爆发压力来确定铜套与活塞镶嵌所需要的过盈量，一般过盈量为0.06~ 0.15mm；其次根据活塞结构设计专用装配工装。
因为活塞结构不同，安装方式不同，所以需要专用工装进行装配。
图2为活塞销孔镶铜套专用工装，以销孔定位来镶嵌铜套。
第三，把活塞放在温度为160~180℃的机油内保温一定时间；同时把铜套放到液氮中，在-150~180℃的温度下，保持一定时间，待活塞销孔膨胀和铜套收缩后，通过专用工装将铜套装入活塞销座孔内完成安装。
图2活塞销孔镶铜套工装这种将铜套与活塞销座孔采用过盈配合的方法，在以下缺点：若过盈量大，发动机在高温高压下运转时铜套热膨胀过量，会使活塞销孔座处变形甚至开裂，动机的性能且严重时会造成发动机报废。
因此镶嵌工艺中过盈量的选择尤为重要。
6只活塞与铜套不同温度不同过盈量的数据数据分析可以看出试验时活塞销孔和铜套的过盈量0.06~0.12mm之间，活塞和铜套同时取出后铜套镶嵌到活塞销孔内，随着活塞和铜套取出后时间的延装配间隙越来越小，造成装配越来越困难。
结合力试验方法内燃机连续运行过程中存在铜套沿销孔轴向窜动的如果铜套往缸套方向脱落，将会破坏缸体造成发动机报废等重大问题。
虽然当前活塞销孔镶嵌铜套的技术已经非常成熟，但铜套与活塞之间的结合力的检测方法尚有待进一步改进[1]。
加大活塞销孔与铜套的结合力越来越大。
为了避免因铜套结合力不合格而导致活塞装机后铜套脱落的情况发生，我公司采用以下技术方案进行铜套与活塞销孔结合力的检测：利用V型铁把活塞固定在万能材料试验机上，保证活塞销孔中心线与万能材料试验机工作平台垂直，万能材料试验机上端固定顶杆，通过顶杆对已镶嵌好的铜套进行施压，在规定压力下，保持一段时间，通过磁栅尺测头对铜套的位移量进行测量，通过检查活塞铜套的位移数值来判断铜套的结合力是否合格。
还可利用万能材料试验机对活塞铜套进行缓慢施压，当活塞铜套有位移时，万能材料试验机可以检测出铜套的最大承受压力，通过计算得出铜套所承受的最大结合力数值。
铝活塞硬度过高和过低的原因1.引言1.1 概述铝活塞是一种常见的发动机零部件，其硬度的合适程度直接影响到发动机的工作效率和寿命。
然而，在生产过程中，铝活塞的硬度可能会出现过高或过低的情况。
本文将介绍铝活塞硬度过高和过低的原因，并提出对策建议。
首先，铝活塞硬度过高可能是由于原材料选择不当或加工工艺不当导致的。
对于原材料选择不当来说，可能是因为选择的铝合金成分不合理，或者掺入了过多的含硅或含铁杂质。
这些杂质会使铝活塞的硬度增加，从而影响其正常工作。
此外，加工工艺不当也可能导致铝活塞硬度过高。
例如，加热过程控制不当，温度过高或时间过长都会使铝活塞过度硬化。
然而，铝活塞硬度过低的原因主要包括原材料质量问题和加工过程中的热处理不当。
对于原材料质量问题来说，可能是由于铝合金成分不足或者掺入了过多的杂质。
这些因素都会导致铝活塞的硬度降低，从而影响其使用性能。
此外，加工过程中的热处理不当也是铝活塞硬度过低的原因之一。
例如，热处理温度过低或时间过短都会使铝活塞的硬度下降。
综上所述，铝活塞硬度的过高和过低主要是由于原材料选择不当和加工工艺不当导致的。
为了解决这一问题，我们应该选择合适的原材料，并严格控制加工过程中的工艺参数，确保铝活塞的硬度处于合适的范围内，从而提高发动机的工作效率和寿命。
1.2 文章结构本文将分为三个主要部分，即引言、正文和结论。
引言部分（Chapter 1）将首先对本文要讨论的主题进行概述，介绍铝活塞硬度过高和过低的问题，并解释其对产品质量和使用寿命的影响。
接着，文章将介绍本文的结构，即各个章节的内容安排。
正文部分（Chapter 2）将详细探讨铝活塞硬度过高和过低的原因。
首先，我们将在2.1节分析铝活塞硬度过高的原因。
这些原因包括原材料选择不当和加工工艺不当。
然后，在2.2节我们将讨论铝活塞硬度过低的原因，其中包括原材料质量问题和加工过程中的热处理不当。
每个原因都将分别进行详细说明，并给出相应的案例和数据支持。
活塞的材料
活塞是内燃机等各种往复式压缩和运动机构中的一种基本零件, 它的材料通常选择高硬度、高强度和高温耐受性的金属材料。
最常用的活塞材料是铝合金，这是因为铝合金具有良好的强度和轻量化的特点，能够减轻整体重量，降低惯性力和减少发动机震动。
在铝合金中，常用的有超高强度铝合金（比如7075
和2014）和高硅铝合金（比如4032和2618）。
超高强度铝合金具有较高的硬度和强度，耐腐蚀性好，能够承受高温和高压力环境。
而高硅铝合金则具有较高的硅含量，使其具有更好的耐磨和耐热性能，适合用于运转速度较高的发动机。
此外，活塞还常用的材料还有钛合金和镍基高温合金。
钛合金具有较高的强度、良好的耐高温性能和优异的抗腐蚀能力，适用于高温环境下的发动机。
在一些高性能发动机和航空航天领域中，还可以采用镍基高温合金，它具有良好的耐热、抗疲劳和抗氧化性能。
无论是铝合金、钛合金还是镍基高温合金，都需要经过一系列的工艺加工，如铸造、热处理、精密加工等，以确保活塞的几何尺寸和表面质量达到要求。
与此同时，为了增强活塞的耐磨性和减少摩擦损失，活塞通常还需要进行表面处理。
最常见的表面处理方法是电镀，如镀铬、镀镍等，这些电镀层可以增加活塞的硬度和耐磨性。
总的来说，活塞的材料选择应该根据具体的使用环境和要求来确定。
预计未来，随着技术的不断提升，新材料和新技术将不断涌现，为活塞的开发和应用提供更多选择。
设计型综合实验实验名称：活塞铝合金综合性能的研究学校：学院：材料与化工学院专业：金属材料工程班级：学号：姓名：实验组员：指导老师实验时间：2016.08.31—2016.10.15摘要：活塞是发动机的心脏，时其关键零部件之一。
由于活塞工作条件恶劣，所以对其性能要求很高。
铸造铝硅合金具有良好的综合性能，故本课题以铝硅合金为基础做了两组对照试验：一组是对浇注成型的试样进行金相分析，另一组时对固溶时效处理后的试样进行金相显微分析，并对比两组金相组织。
第一组未精炼的试样组织其铸造组织缺陷多而明显，精炼后的使用组织由于铸型的预热和浇注温度的提高，缺陷铸件减少，且有明显的CuAl2、Al2Si等相。
固溶时效处理过程中炉温过高，导致了试样过烧。
关键词：活塞；铝硅合金；固溶时效；过烧Abstract:As one of the important components,a pistons is the hurt of automobile engine.The high demand of pistons was due to abominable operating conditions.The nice combination property was provided with casting Al-Si alloy,and there are two groups of control experiment was based on Al-Si alloy in project:one to metallographic analysis with contact molding sample and another to observe metallographic structure with the specimen was be solid solution and aging.There are many obvious casting defect of sample structure wasn’t refined in the first group.The defect decreases with the increasing pouring temperature,of samplestructure after the refine,and the phase of CuAl2、Al2Si wasapparent.Oversintering was leaded to higher furnace temperature in the solid solution and aging.Keywords:pistons;Al-Si alloy;solid solution and aging;oversintering目录绪论 (1)1.选题 (1)1.1选题背景和目的 (1)1.2课题的研究内容 (1)2.活塞铝合金概述 (2)2.1铝合金概述 (2)2.2活塞简述 (2)2.2.1活塞定义 (2)2.2.2活塞工作条件 (2)2.2.3活塞性能要求 (2)3.铝合金组成成分 (3)3.1各合金元素对铝合金的影响 (3)3.2铝合金炉料配比 (3)4.铝合金炉料熔炼 (4)4.1浇注型腔选择 (4)4.1.1选择铸造类型及原因 (4)4.1.2腔内涂料 (4)4.2变质剂 (4)4.2.1变质剂选择 (4)4.2.2变质作用 (5)4.3精炼剂 (5)4.3.1精炼剂选择 (5)4.3.2精炼作用 (5)4.4炉料熔炼流程 (5)4.5熔炼时注意要点 (6)5.热处理 (6)5.1热处理概述 (6)5.1.1固溶处理 (7)5.1.2时效处理 (7)5.2热处理的目的 (7)5.3热处理工艺选择 (7)5.4热处理要点 (7)6.金相制备 (8)6.1制备过程 (8)6.1.1金相试样的截取 (8)6.1.2试样磨制 (8)6.1.3试样抛光 (9)6.2金相组织 (9)6.2.1未经热处理的试样 (9)6.2.2热处理后的试样 (11)结论 (12)参考文献结束语绪论活塞在发动机的工作中起到重要作用，时发动机的关键性零件。
活塞作用是接受爆炸气体压力，并作用于活塞销，传给连杆曲轴旋转。
在发动机工作时，高温气体直接作用于活塞，气体瞬时温度高达2300℃，其顶部温度达290-400℃，且温度分布不均匀；发动机工作时活塞顶部同时承受着很大的压力，此外活塞在气缸内往复运动线速度可达11-16m/s。
在这种恶略的条件下工作，活塞承受着高温、高压的机械负荷和热负荷。
因此活塞对于材料有着特殊的要求。
国内对于铸造铝合金活塞材料的研究主要集中在对传统的铝硅合金的基体增强上。
在国内传统的铸造铝硅活塞合金的成分优化和处理工艺的研究还没有大突破的情况下，科研工作者已在寻求新的途径提高铸造铝合金的极限强度：（1）基体增强提高铸造铝合金的机械性能；（2）配合适当的成型工艺得到较好的生产效果。
[10]例如氧化铝、硅酸铝和硼酸铝短纤增强铝合金活塞，都有很好的研究。
[11-12]东南大学开发出使用陶瓷纤维增强铝基复合材料活塞的发动机，活塞寿命得到大幅度提高，并提高发动机功率，减少油耗和降低排放。
[13]国外也在耐热铝合金上做了大量研究，美国航空航天局两位华人科学家发明并命名了一种名为MSFC-398高强度耐高温过共晶铝硅合金材料，是非常适合生产发动机活塞的材料，其常温的抗拉强度比普通铝活塞提高了150%，高温性能尤为显著；[14]同样新型耐热铝合金发展也很迅速，即采用快速凝固技术所研发的，例如，O D Neikow等采用高压水雾化快速凝固的方法之制备了Al-Fe-Ce系列耐热铝合金，所得的材料精力都极小，组织致密有很少缺陷，其室温（25℃）和高温（300℃）抗拉强度分别可达到500-550MPa、270-300MPa。
1.选题1.1选题背景和目的铸造铝硅合金在当今汽车工业的应用非常广泛，但是铸造铝硅合金的力学性能并不是太高，使其进一步的推广使用受到限制。
航空、航天及汽车发动机的轻量化已经成为世界研究的重要课题，轻量化可以节约能源，减少排气量，降低污染量。
1.2课题的研究内容探究未热处理和热处理之后的力学性能变化，并观察金相组织组成成分，能影响力学性能的因素，还有热处理之后的析出相对力学性能的影响，本次为探究热处理前后影响力学性能的原因提供金相组织所造成的影响。
2.活塞铝合金概述2.1铝合金概述铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素。
铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。
其按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类，而铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有过共晶硅铝合金，共晶硅铝合金，单共晶硅铝合金，铸造铝合金在铸态下使用。
2.2活塞简述2.2.1活塞定义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。
活塞的种类一般分为:柴油机活塞、汽油机活塞、通用型活塞。
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。
工作条件活塞在高温。
2.2.2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。
2.2.3活塞性能要求要有足够的强度、刚度、质量小、重量轻，以保证最小惯性力。
导热性好、耐高温、高压、腐蚀，有充分的散热能力,受热面积小。
活塞与活塞壁间应有较小的摩擦系数。
温度变化时，尺寸、形状变化要小，和汽缸壁间要保持最小的间隙。
热膨胀系数小，比重小，具有较好的减磨性和热强度。
3.铝合金组成成分3.1各合金元素对铝合金的影响（1）Si Si是改善流动性能的主要成分。
（合金的流动性是指液体合金本身的流动能力，是合金的铸造性能之一，它与合金的成分、温度、杂质含量及其物理性能有关。
流动性好，充填铸型的能力强，良好的流动性，有利于合金液良好地充满铸型，以得到形状、尺寸准确、轮廓清晰的致密铸件。
）从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。
但结晶析出的硅易形成硬点，使切削性能变差。
所以一般都不让它超过共晶点，Si可以改善抗拉强度、硬度以及高温强度而使延伸率降低。
我们此次选用的硅含量为9-12%，即为亚共晶铝硅合金。
（2）Mg 加入一定的Mg形成Al-Mg-Si合金，Mg含量一般在0.2-0.5%时，其析出的硬度高，抗拉强度和弹性模量得到提高，但韧性降低。
若再提高Mg的含量，则易氧化，使合金液中卷入氧化物的量增加，并降低流动性。
（3）Cu 合金中加入一定量的铜形成铝硅铜合金，提高合金硬度，提高合金的耐热强度，但会降低耐蚀性。
提高强度，4-6%最大强化效果，0.2%以上会降低耐蚀性。
热处理后会析出强化相CuAl2，起到细化晶粒和强化的作用。
（4）Mn Mn在铝合金中会形成MnAl6的弥散质点，阻止再结晶的粗大化，提高再结晶温度，有效地细化再结晶晶粒，提高合金的强度，并与铝合金中的不纯物Fe形成（Al3FeMn）化合物，使Fe的化合物形态从针状变为块状，能在一定程度上改善韧性，即能溶解一定的杂质Fe，减少Fe的有害作用，提高合金的耐蚀性。
（5）B 和Ti一起加入，细化晶粒，B与Ti的质量比为1:5。
铝合金中含Ti量应小于0.2%。
3.2铝合金元素烧损率及炉料配比（见表2-1、2-2）元素Al Si Mg Mn Cu烧损率1% 2% 40% 2%表2-1 铝合金元素烧损率金属元素Si Cu Mg Mn Ti B Al 含量（%）9 4 1 1.5 0.15 0.03 剩余料材Al-Si Al-Cu Mg Al-Mn Al-Ti-B Al 质量(g) 375 80 13 150 36 剩余表2-1 铝合金炉料的配比4.铝合金炉料熔炼4.1试验设备选择4.1.1设备：电阻加热炉（图4-1）、石墨坩埚、金属型模具、钟罩、高精度固溶炉（图4-2）、坩埚钳、钢锯、虎钳、铁锤、电子秤、砂轮等。
