■ 王劍，王云峰，董傳成，孫淑霞

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發(fā)動(dòng)機(jī)活塞設(shè)計(jì)時(shí)一般優(yōu)先考慮材質(zhì)較輕、性能良好的鋁合金，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度不斷提高，鋁合金活塞材料需要具有更優(yōu)異的力學(xué)性能才能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的排放要求。我公司研發(fā)了一種創(chuàng)新型的活塞低壓鑄造成形方法。低壓鑄造是鋁合金液在澆注完成后的特定時(shí)間內(nèi)，利用低壓設(shè)備對(duì)活塞承受熱力載荷最大的頂面施加一定時(shí)間及強(qiáng)度的低壓壓力的成形方法，相比傳統(tǒng)重力鑄造，工藝更加復(fù)雜且成本較高。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證，研究重力鑄造及低壓鑄造活塞顯微組織和性能對(duì)比，找出兩者的區(qū)別，希望對(duì)低壓鑄造在活塞生產(chǎn)行業(yè)的推廣能起到一定作用。

1. 顯微組織對(duì)比驗(yàn)證

利用重力鑄造及低壓鑄造兩種成形方法試產(chǎn)JT53A活塞各20只，分別使用重力鑄造、澆注溫度800℃、串水；低壓鑄造、加壓0.4MPa、澆注溫度800℃、串水冷卻兩種工藝方法進(jìn)行試產(chǎn)。沿活塞頂部中心處避開(kāi)冒口截取試樣，試樣面積不小于2cm2,用0.5%的氫氟酸水溶液侵蝕10s，用PM3型金相顯微鏡對(duì)活塞顯微組織進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)，如圖1、圖2所示。

圖1中顯示微觀縮松尺寸較大且比較集中，但數(shù)量較少。圖2中顯示微觀縮松極少，且尺寸也小。但重力鑄造及低壓鑄造兩種成形方法生產(chǎn)的活塞金相組織等級(jí)基本無(wú)變化。

通過(guò)以上比較可知：重力鑄造及低壓鑄造都會(huì)出現(xiàn)縮松，采用低壓鑄造可顯著改善顯微縮松狀況，降低顯微縮松數(shù)量；金相組織等級(jí)基本無(wú)變化。

2. 活塞機(jī)械強(qiáng)度對(duì)比驗(yàn)證

對(duì)重力鑄造及低壓鑄造活塞試產(chǎn)的40只活塞，從活塞銷孔至頂面之間截取試樣，按GB228進(jìn)行試樣制備并對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)，在常溫及300℃時(shí)對(duì)重力鑄造及低壓鑄造活塞分4組、各10只。高溫抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)溫度加熱至300℃，保溫0.5h后測(cè)定，利用CMT4204型電子材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

圖1 重力鑄造（100×）

圖2 低壓鑄造（100×）

從表1、表2可以看出，JT53A活塞重力鑄造常溫抗拉強(qiáng)度平均值為244.7 MPa，300℃抗拉強(qiáng)度平均值為124.8 MPa；JT53A活塞低壓鑄造常溫抗拉強(qiáng)度平均值為248.9MPa，300℃抗拉強(qiáng)度平均值為133.3MPa。使用低壓鑄造成形方法生產(chǎn)的活塞常溫抗拉強(qiáng)度稍高于重力鑄造成形方法生產(chǎn)的活塞，300℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度提高約7%。

表1 JT53A活塞重力鑄造及低壓鑄造常溫抗拉強(qiáng)度對(duì)比

表2 JT53A活塞重力鑄造和低壓鑄造300℃抗拉強(qiáng)度對(duì)比

3. 結(jié)語(yǔ)

（1）與重力鑄造相比，低壓鑄造活塞顯微組織更加致密，顯微縮松較少，出現(xiàn)顯微縮松傾向更小，可保證活塞的性能穩(wěn)定性；在相同鑄造工藝下，二者的金相等級(jí)沒(méi)有差別。

（2）使用低壓鑄造活塞，常溫抗拉強(qiáng)度比重力鑄造活塞略有提高， 300℃抗拉強(qiáng)度比重力鑄造活塞提高7%左右，增加了活塞的耐熱負(fù)荷能力。

（3）低壓鑄造相比重力鑄造成本及工藝難度略有增加，應(yīng)根據(jù)活塞性能要求、成本等多方面考慮選擇合適的鑄造工藝。