[发明专利]活塞环状物的轻质插入件、其制造方法和包括插入件的制品

说明书

本发明涉及一种制造铝活塞的插入件的方法，所述方法包括将压力施加至包含铝的组合物上。所述组合物变形以形成铝活塞的插入件。所述插入件包含铝合金并用作环状物载体。本文还公开了一种包括活塞的插入件的制品。所述制品由包含铝的组合物制造。所述插入件通过包括将压力施加至所述组合物上以形成所述插入件的工艺制造。

技术领域

本公开涉及用于活塞环的轻质插入件、其制造方法和包括插入件的制品。

背景技术

用于内燃机中的活塞包括绕着其圆周长度的插入件(有时也称为环状物插入件或环状物载体)。凹槽形成于插入件的外径面中，并且适于接纳活塞环状物。环状物插入件用于保护活塞/环状物免于不可预期过压力事件，已知为SPI(随机提前点火)。随机提前点火(SPI)为当存在主燃料供送的过早点火时发生于汽油车辆发动机中的提前点火事件。

当前可商购获得的环状物插入件一般由富镍铁合金形成，该富镍铁合金相比于活塞本体和活塞冠部的材料具有较大硬度和耐磨损性。富镍铁合金的使用已解决了两个问题，即(1) 环状物凹槽“敲击”-由于接触活塞环状物而导致状物凹槽的机械变形和磨损得以降低；和(2) 对不可预测高压力燃烧事件(SPI)的抵抗。客户活塞保修证据已示出，具有环状物插入件的活塞在这些SPI事件期间对环状物台肩断裂具有更强的抵抗。保修证据为从保修期内返回的货物获得的证据。

保修证据还表明，锻造铝活塞对SPI事件具有类似的抵抗，即使它们不具有富镍铁环状物载体。据信，对SPI的这种抵抗是由于材料的加工硬化，该加工硬化得到精细对准的铝微结构，这相比于浇铸结构本质上提供了更大韧性。

富镍铁合金环状物插入件具有许多缺点，一种缺点为其增加了重量。相比于铝环状物插入件大约2.74g/cc的比重，富镍铁合金环状物插入件具有高于7.0g/cc的比重。高密度环状物载体材料增加了活塞的重量和发动机曲轴传动系统的整体往复质量。

含铁金属插入件的一种替代方案为由具有增加了的硬度和耐磨损性的合金形成的插入件，该合金具有与活塞头部和活塞本体类似的热膨胀。然而，此类合金必须对于具体应用进行定制，并且其开发是困难的和昂贵的。另外，此类合金的使用未消除已知为微焊接的问题，其中活塞环状物和插入件的材料为互换的，从而使环状物与插入件粘合到一起。此类不希望结合可导致活塞故障。此类合金还未提供活塞环状物和插入件之间任何类型的干润滑。

铁金属插入件的另一种替代方案涉及此类方法的使用：其中材料以定制方式施加在非浇铸活塞本体和头部上并且然后进行机加工以形成插入件。材料对于非浇铸活塞的定制应用为昂贵的，并且具有不可靠性。

因此，期望可提供这样的插入件，该插入件提供针对SPI事件(例如，铁环状物插入件) 的稳健性，并且克服上文所列出的各种缺点。期望可提供这样的环状物插入件，该环状物插入件在其比重、热膨胀系数和导热性上更类似于铝活塞本体，但具有类似于锻造铝活塞的韧性和强度。

发明内容

制造铝活塞的插入件的方法包括将压力施加至包含铝的组合物。然后使组合物然变形以形成铝活塞的插入件。该插入件包含铝合金并且用作环状物载体。

本文还公开了一种制品，该制品包括活塞的插入件，含有含铝的组合物。所述插入件通过包括施加压力以形成所述插入件的工艺来制造。

用于制造插入件的组合物包含2wt％至20wt％的硅、2wt％至6wt％的铜、1wt％至5wt％的铁以及0.1wt％至4wt％的下述元素中的一者或多者：镁、锰、钒、钪、镍、钛、锶、锌或硼，其余部分为铝，其中该重量百分比基于组合物的总重量。

在一个另选实施例中，用于制造插入件的组合物包含5wt％至14wt％的硅、3wt％至5wt％的铜、2wt％至4wt％的铁以及0.1wt％至4wt％的下述元素中的一者或多者：镁、锰、钒、钪、镍、钛、锶、锌或硼，其余部分为铝，其中该重量百分比基于组合物的总重量。