基于镁基合金的摩托车发动机缸套的制造方法技术

一种基于镁基合金的摩托车发动机缸套的制造方法，通过将短纤维和粘结剂通过湿法真空吸滤成型经振动、烘干和烧结，获得具有精密尺寸形状和一定强度的短纤维预制件，并置于模具中，熔融态的镁－钕－锌－锆合金通过压力铸造设备，经压室和模具的浇注系统进入模具型腔，并在压力作用下浸渍预制件并凝固成型，获得纤维增强缸套部位的镁合金发动机缸体零件。本发明专利技术采用预制件置入模具型腔中，在压铸工艺生产镁合金摩托车缸体零件的同时原位制备镁基复合材料缸套，解决了发动机缸体与缸套材料之间的热错配和冶金结合不良的问题，工艺操作简单，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种摩托车发动机
的方法，具体是一种基于镁基合金的 摩托车发动机缸套的制造方法。
技术介绍
目前使用的摩托车发动机缸体，主要采用铝合金+铸铁缸套的工艺进行制备，该 工艺的主要缺点在于铝合金与铸铁缸套之间的不良冶金结合，在升温服役和冷却过程中， 由于二种材料的热膨胀不一致，容易导致界面的失效，通常采用加厚铸铁缸套的方法来保 证缸套部位的刚度。但加厚铸铁缸套使得产品质量大幅度增加，不能满足轻量化和节能减 排的需求。本专利技术采用高强耐热镁-钕-锌-锆合金系镁合金为缸体铸件合金，该合金具有 明显的时效析出强化能力，且高温抗蠕变能力强，是在一定温度条件下服役的镁合金。考虑 到镁合金的耐磨性能普遍偏低(铝合金也类似，因此需要增加铸铁缸套)，采用镁基复合材 料增强缸套部位的方法提高镁合金气缸铸件在缸套部位的抗磨损能力，且能大幅提高缸套 部位的刚度。开发一种超低速压力铸造工艺，不仅能合格地制备出摩托车发动机缸体零件， 且在金属液充型过程中原位浸渍模具型腔内的预制件，获得具有短纤维增强的镁基复合材 料缸套。该工艺具有流程短，操作简便，生产效率高，结构功能一体化的优点，能替代传统的 铝合金+铸铁缸套的方法制备摩托车发动机缸体零部件。经过对现有技术的检索发现，中国专利号93103786. 7，记载了一种“摩托车发动机 缸套制造方法”，该技术利用灰口铸铁内缸套与铝合金外缸套之间的高温扩散达到冶金结 合。但是该现有技术存在明显的缺陷第一，虽然该方法的缸套和缸体是通过冶金的方法结 合在一起，但铝合金的浇注温度只有600 700°C，远低于灰口铸铁1200°C的熔点，冶金结 合的效果并不会很好；第二，缸套材料与缸体材料分别为灰口铸铁和铝合金，二者的热膨胀 系数不一致，当发动机在运行过程中，由于热错配会在缸体和缸套的界面处产生应力，导致 界面失效，使得缸套的热量不能及时传递出去。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于镁基合金的摩托车发动机缸 套的制造方法，解决了发动机缸体材料和缸套材料的界面热错配问题。采用镁合金作为摩 托车发动机缸体材料，大幅减轻了缸体质量。另外，本专利技术采用镁基复合材料原位同步制备 方法，增强摩托车发动机缸套部位，大幅提高了缸套材料的耐磨性能和弹性模量，使得缸体 和缸套之间没有基体材料过渡，在使用过程中更有利于热传导，对提高发动机输出功率、延 长发动机使用寿命都会产生积极的作用。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括以下步骤第一步、短纤维预制件的制备通过将氧化铝短纤维浆料经过滤烧结后制成氧化 铝短纤维的预制件；所述的氧化铝短纤维浆料是指先将直径3 5 μ m、长度为150 200 μ m的氧化4铝短纤维缓慢加入蒸馏水中，然后加入胶状SiO2, —边加氧化硅粘结剂一边搅拌，形成粘稠 状浆料。所述的短纤维和氧化硅与水的比例按照3 17 4 16进行配比，所述的过滤是指将氧化铝短纤维浆料倒入筒状器皿中进行过滤，在倒入浆料同 时对筒状器皿施加振动，并在筒状器皿底部接上真空装置。所述的筒状器皿内设有二维网状过滤材料，该二维网状过滤材料的孔径为1 5 μ m，孔隙率体积百分含量为85% 95% ；所述的烧结是指在 150°C 200°C环境下保温0. 5 1. 5小时以去除浆料内部的 附着水及部分结晶水，然后在250°C 30(TC环境下保温1. 5 2. 5小时使浆料硬化并使筒 状器皿和预制件中的结晶水完全气化或分解，最后在1100°c 1200°C环境下烧结I. 5 4 小时，制得氧化铝短纤维的预制件。第二步、氧化铝短纤维的预制件预热到300 400°C，然后迅速转移到经预热的 H13钢制成的模具型腔并立即将镁合金熔体浇入模具型腔的压室入口处并开启压力铸造设 备进行压射成型，直至镁合金熔体充型填满模具型腔，最后经浸渍凝固得到镁合金缸体零 件毛坯。所述的经预热的H13钢制成的模具型腔的预热温度为200 230°C。所述的镁合金熔体的温度在750-780°C，其组分及含量为钕2. 0 3. 0衬％、锌 0. 1 0. 5wt%、锆0. 1 0. 5wt%，其余为镁。所述的模具型腔的动模型芯周围的圆槽外径为62mm，且该模具型腔的内浇口面积 和流道的截面积经1. 5倍加宽加深。所述的镁合金熔体通过以下方式制备得到将纯镁、纯锌、中间合金镁-钱，镁-锆 预热到180 220°C，然后将纯镁放入有SF6/C02气体保护的井式电阻坩埚炉中熔化。待镁 锭熔化后，在670 690°C加入纯锌；当镁熔液温度达到700 720°C后，将镁-钕中间合金 直接加入到镁熔液中；待镁_钕完全熔化后，镁熔液温度回升至770 790°C时加入镁-锆 中间合金，待镁-锆中间合金熔化后撇去表面浮渣，搅拌2 3分钟；再将镁熔液温度升至 780-800°C保温20 30分钟，然后降温至740 760V，不断电精炼6 10分钟，精炼后升 温到780°C静置25 40分钟后撇去表面浮渣进行浇铸。第三步、将制得的镁合金摩托车发动机缸体进行镗磨处理和激光表面硬化处理。所述的镗磨处理是指采用进刀速度小于0. 25mm/s的速度进行缸体内部镗磨。所述的激光表面硬化处理是指选用CO2激光器，功率为1000 1600瓦，光斑直 径为3 6毫米，对缸孔内表面进行扫描处理，硬化层的厚度为0. 5 0. 8毫米。与现有技术相比，本专利技术上述步骤(2)中采用的超低速压力铸造工艺能在批量生 产摩托车发动机缸体的同时，在缸套部位原位制备镁基复合材料，将压铸工艺和复合材料 制备工艺相结合，简化了工艺流程，节约了制造成本。通过超低速压铸获得的结构_功能一 体化发动机缸套，其基体材料与发动机缸体组分一致，避免了异种材料之间的热错配和冶 金结合问题。同时，短纤维预制件增强缸套材料具有比基体镁合金更高的强度和弹性模量， 更好的耐磨性能，而且预制件的体积分数还可以根据需要进行调解，以适应不同型号发动 机在各种工况条件下的需要。附图说明图1为实施例模具型腔示意图。 具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。实施例1先将直径3 μ m、长度为200 μ m的氧化铝短纤维缓慢加入蒸馏水中，然后加入氧化 硅粘结剂(胶状SiO2), —边加氧化硅粘结剂一边搅拌，形成粘稠状浆料。其中，短纤维和氧 化硅与水的比例按照3 17进行配比，待搅拌均勻后，将粘稠状浆料倒入筒状器皿中，内腔 尺寸与最终成型预制件尺寸相同(预制件外径58mm，内径具有一定的锥度，两端内径分别 为48mm和44. 7mm)，且筒状器皿的底部与微细孔结构的二维网状过滤材料配合(孔径大小 2 μ m，孔隙率体积百分含量为85% )，在倒入浆料同时对容器施加振动，并在过滤器底部接 上真空装置。待浆料中的水分充分过滤后，低温烘干保温(150°C保温0.5 1.5小时)，去 除浆料内部的附着水及部分结晶水，然后升温再保温(250°C保温1. 5小时)，使浆料硬化并 使筒状器皿和预制件中的结晶水完全气化或分解，最后进行烧结(1200°C烧结2. 5小时)， 制得含具有一定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于镁基合金的摩托车发动机缸套的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、短纤维预制件的制备：通过将氧化铝短纤维浆料经过滤烧结后制成氧化铝短纤维的预制件；第二步、氧化铝短纤维的预制件预热到３００～４００℃，然后迅速转移到经预热的Ｈ１３钢制成的模具型腔并立即将镁合金熔体浇入模具型腔的压室入口处并开启压力铸造设备进行压射成型，直至镁合金熔体充型填满模具型腔，最后经浸渍凝固得到镁合金缸体零件毛坯；第三步、将制得的镁合金摩托车发动机缸体进行镗磨处理和激光表面硬化处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌，彭立明，曾小勤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]