本文關(guān)鍵詞：高功率密度柴油機鋁活塞材料與鑄造技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第１期（總第２０４期）

２０１３年２月

車用發(fā)動機

ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧｌＮＥ

Ｎｏ．１（ＳｅｒｉａｌＮｏ．２０４）

Ｆｅｂ．２０１３

制造技術(shù)

高功率密度柴油機鋁活塞材料與鑄造技術(shù)

侯林沖，彭銀江，周靈展，張廣明，徐

英，高明燈

（中國兵器科學(xué)研究院寧波分院，浙江寧波３１５１０３）

摘要：針對高功率密度柴油機鋁活塞性能需求，開發(fā)了新型ＷＲ００４Ａ過共晶活塞鋁合金，采用擠壓鑄造工藝和磷變質(zhì)處理，合金力學(xué)性能有顯著提高；采用專用機械液體粉碎裝置對Ａｌ。０。纖維進行預(yù)處理，采用真空過濾方法制作預(yù)制件，使用加銅管保護的可溶鹽芯預(yù)制件，以上技術(shù)手段的采用，解決了擠壓鑄造工藝條件下活塞環(huán)槽部

位鋁基復(fù)合材料和內(nèi)冷油腔成形工藝難題。

關(guān)鍵詞：高功率密度；活塞；鋁合金；內(nèi)冷油腔；鑄造

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—２２２２．２０１３．０１．０２１中圖分類號：ＴＫ４３５

文獻標志碼：Ｂ

文章編號：１００１—２２２２（２０１３）０１—００８９—０４

高功率密度（ＨＰＤ）柴油機代表了當(dāng)今高速、高緊湊發(fā)動機技術(shù)的最高水平。升功率是衡量功率密度的技術(shù)指標，一般的大功率柴油機升功率只有

３０～５０ｋＷ／Ｌ，德國ＭＴＵ８９０高功率密度柴油機升

顯改善基體的室溫強度；Ｃｕ和Ｎｉ元素大部分存在于Ａｌ固溶體中，對基體產(chǎn)生較大的強化作用，這種作用受熱處理影響較小，對基體高溫強度有明顯影響‘２｜。

近年來，國內(nèi)外新型活塞Ａｌ合金的研究發(fā)展很快。美國航空航天局（ＮＡＳＡ）研制出ＭＳＦＣ一３９８過共晶Ａｌ—Ｓｉ活塞合金和ＭＳＦＣ一３８８共晶Ａ１一Ｓｉ活塞合金，采用了特殊的Ａｌ—Ｓｉ合金變質(zhì)技術(shù)，合金的變質(zhì)效果非常好，兩種合金的典型微觀組織見圖１。從圖１可以看出，ＭＳＦＣ一３９８初晶硅平均尺寸在２０“ＩＴＩ左右，ＭＳＦＣ一３８８共晶硅呈點狀彌散分布，少量的初晶硅尺寸在１５“ｍ左右。在２６０。Ｃ和３１５。Ｃ下，強度分別達到２１５ＭＰａ和１８７ＭＰａ，是普通活塞共晶合金的３～４倍。

功率達到９２ｋＷ／Ｌ。高功率密度主要通過提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速和燃燒壓力來實現(xiàn)。高轉(zhuǎn)速和高燃燒壓力使得柴油機核心部件活塞的機械負荷、熱負荷大幅增加，同時高轉(zhuǎn)速加劇了活塞組摩擦副之間的磨損量，高熱負荷則使活塞面臨高溫強度和冷卻問題。

傳統(tǒng)的鋁活塞采用ＺＬｌ０８，ＺＬｌ０９共晶鋁硅合金，第一環(huán)槽鑲鑄高鎳鑄鐵，采用金屬型重力鑄造成型工藝制造，強度、耐磨性、耐熱性、抗疲勞性能很難滿足高功率密度發(fā)動機性能需求。擠壓鑄造（又稱液態(tài)模鍛）技術(shù)是一種鑄鍛結(jié)合、近凈成形的先進工藝技術(shù)［１］，結(jié)合活塞鋁合金材料技術(shù)的進步，可實現(xiàn)第一環(huán)槽鋁基復(fù)合材料增強和內(nèi)冷油道成形，滿足高功率密度柴油機高轉(zhuǎn)速、高燃燒壓力對活塞強度、耐磨性、耐熱性、抗疲勞性等方面的要求。

１

活塞鋁合金材料技術(shù)的發(fā)展

發(fā)動機功率密度的提高對活塞Ａｌ合金性能，

圖１

ＭＳＦＣ－３９８和ＭＳＦＣ一３８８合金的微觀組織

特別是強度和耐磨性的要求進一步提高。在傳統(tǒng)Ａ１一Ｓｉ合金（ＺＬｌ０９）的基礎(chǔ)上添加少量的Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｇ等元素能夠提高合金的力學(xué)性能：Ｓｉ能增加基體的強度，降低基體塑性；Ｍｇ在熱處理后起到了沉淀硬化劑的作用，能夠強化基體，這種強化作用可明

德國馬勒公司研發(fā)的Ｍａｈｌｅｌ４２活塞合金是在Ｍａｈｌｅｌ２４（相當(dāng)于ＺＬｌ０９合金）的基礎(chǔ)上添加Ｃｕ，Ｎｉ等合金元素，，改善了材料的韌性和高溫強度，滿足一般大功率發(fā)動機活塞的要求。為了滿足高燃燒壓力的要求，Ｍａｈｌｅ公司在Ｍａｈｌｅｌ４２材料的基礎(chǔ)

收稿日期：２０１２－０６—１１；修回日期：２０１２—１２一０５

作者簡介：侯林沖（１９６７一），男，研究員，主要研究方向為鋁合金及其復(fù)合材料；ｌｉｎｃｈｏｎｇｈ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ。

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