[发明专利]铝合金活塞喷雾淬火热处理工艺方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金活塞的热处理工艺，特别是对铝合金活塞进行喷雾淬火处理，以提高活塞机械性能的热处理方法及其装置。

背景技术

铝合金材料活塞过饱和固溶处理即铝合金活塞的淬火冷却是技术难度较大的一个环节；过饱和固溶处理——淬火，直接关系铝合金材料最终的性能。淬火时过饱和固溶处理效果好，过饱和固溶度高就能够充分保证活塞达到高的性能，发挥活塞的最大能动。根据目前铝合金材料活塞热处理状况，淬火过饱和固溶处理冷却介质的选用要求：保证铝合金材料活塞淬火冷却后获得高的过饱和固溶度，确保时效后能够获得均匀的表面硬度和符合要求的性能；活塞淬火冷却不会出现淬火裂纹和严重的变形，活塞质量提高到更高的性能档次。

铝合金活塞热处理现状

铝合金活塞的热处理通常是淬火(过饱和固溶处理)+人工时效处理。淬火的方法有铸造余热淬火和铸造完成后重新加热淬火。淬火处理冷却方式一般有以下几种方式：整体浸水冷却、局部浸水冷却、风扇强风冷却、空气中自然冷却。

铝合金淬火固溶处理使用水作为淬火冷却介质要求水温控制在60℃～100℃范围。铝合金材料产品的过饱和固溶处理的温度则在540℃以下温度，在该温度以下进行淬火处理是水冷却速度最快阶段。当采用热水进行冷却淬火时，冷却速度虽然减缓，但是水温小的波动将改变水的冷却速度。水温越高，冷却速度越慢。采用水作为冷却介质则分布在冷却速度最快的阶段对铝合金材料的淬火冷却处理不利。水进行淬火处理在活塞上将残留水的渍印，要保证活塞的表面光洁必须进行表面的清理。

采用机油作为铝合金材料淬火冷却介质，则最快冷却速度在高温阶段对铝合金固溶处理淬火十分有利，在低温阶段冷却速度降低有利于减少铝合金材料产品的变形。同时油温变化对冷却速度影响极小，这样提高了冷却的均匀性，相应提高铝合金材料淬火冷却均匀性，减少零件的变形。但是使用油作为冷却介质增加活塞的生产成本，同时造成环境的污染。

采用强风冷却，冷却速度较慢，不能够保证满足铝合金零件的过饱和固溶处理，尤其当零件有效厚度较大时强风冷却保证过饱和度的情况更差。

在空气中自然冷却，则不能保证铝合金活塞淬火处理的过饱和度，不能保证活塞的性能达到要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有铝合金热处理工艺的不足之处而提供一种铝合金活塞喷雾淬火热处理工艺，以提高活塞的机械性能，同时，获得用户要求或工艺所要求的表面光亮零件。

本发明的目的是这样是实现的：一种铝合金活塞喷雾淬火热处理工艺方法，按以下步骤进行：

a)、将熔炼后的合金铝液采用金属模具进行浇注；

b)、从活塞模具上取下活塞毛坯件，将活塞毛坯件放置在冷却淬火台上，通过位于冷却淬火台下方的喷雾装置所产生的由水、气形成的雾状气体将温度420℃～545℃的活塞毛坯件进行淬火冷却热处理：通过调整压缩空气的压力和流量，或者调整进水压力和进水量，从而满足喷雾冷却的冷却速度；在活塞内腔要求光洁情况下，对活塞头部或裙部进行喷雾冷却；在活塞裙部外表要求光洁情况下，对活塞内腔进行喷雾冷却；

喷雾装置结构为：压缩空气进气气嘴旋接在三通尾部，与喷嘴在同一轴线上；进水嘴旋接在三通侧面，呈一定角度，与气嘴相连通；气嘴、三通、喷嘴相互之间形成一定间隙的负压形成区；进水嘴靠三通方向有调解进水量水孔；

c)、b步喷雾冷却的活塞毛坯件的温度达到室温后，再进行人工时效热处理：将活塞毛坯件加温至170℃±5℃，恒温3小时，再加温至250℃±5℃，恒温2小时；

d)、c步活塞毛坯件经人工时效热处理后，在空气中自然冷却降至室温，再经24小时完成自然时效热处理。

本发明的另一目的是提供一种采用上述工艺方法的热处理装置，以便通过由水、气形成的雾状气体进行淬火冷却热处理。

本发明的另一目的是这样实现的：一种铝合金活塞喷雾淬火热处理工艺方法采用的喷雾装置，其结构为：冷却淬火台下方设置有喷雾装置，其结构为：压缩空气进气气嘴旋接在三通尾部，与喷头在同一轴线上；进水嘴旋接在三通侧面，呈一定角度，与气嘴相连通；气嘴、三通、喷嘴相互之间构成具有一定间隙的负压形成区。

上述进水嘴靠近三通方向有调解进水量小孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、活塞机械性能得到提高

i>铝合金活塞工艺图纸性能要求：硬度：HB100～130，同一只活塞硬度差不大于10个HBS，同一炉活塞硬度差不大于30个HBS；抗拉强度：σ_b≥196MPa，σ_300℃≥69MPa；体积稳定性：δ≤0.03％D。