一种铝合金气缸盖制造技术

本发明专利技术公开了一种铝合金气缸盖，其上部设置有凸轮轴或双凸轮轴，下部与气缸体、活塞组成燃烧室；前端设置有时规齿轮及其壳，后端设置水泵；一端设置有进气道，另一端设置有排气道，罝于凸轮轴室的油道通过缸盖与缸体相连；水道环绕着进气道、排气道、燃烧室，并与缸体相连；所述气缸盖采用Al‑Cu‑Ni‑Co‑Nb‑Zr合金，其中Cu含量为1‑5wt％，Ni含量为1‑5wt％，Co含量为0.2‑1wt％，Nb含量为0.5‑1.5wt％，Zr含量为0.2‑1％，Al余量。本发明专利技术的铝合金气缸盖，通过对结构和材料性能的改进，改善了其室温与高温性能，能够耐高温，承受更大的冲击力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车发动机
，尤其涉及一种铝合金气缸盖。
技术介绍
缸盖在内燃机属于配气机构，主要是用来封闭汽缸上部，构成燃烧室。并做为凸轮轴和摇臂轴还有进排气管的支撑。主要是把空气吸到汽缸内部，火花塞把可燃混合气体点燃,带动活塞做功，废气从排气管排出。随着汽车工业的发展，家用轿车迅速普及，其节油性能日益受到了人们的重视。通过使用轻质材料和合理的结构设计，降低整车质量，能够有效降低油耗，汽车整车质量降低1％，可以节油0.6％～1.0％，运动部件轻量化节油效果更为明显。发动机是汽车的核心部件，其质量约占整车质量的20％～30％，而缸体缸盖是发动机中结构最复杂、质量最大的铸件，约占发动机质量的25％～35％。因此缸体缸盖的轻量化，对发动机及整车质量的降低和节油降耗都有着重要意义。铝合金作为新型轻质材料，应用到发动机缸体缸盖后，不仅能使质量减轻，还能提高发动机的导热性能，从而提高发动机的安全性能。但发动机缸盖中集油道、水道、气道于一身，结构非常复杂，且运行中要承受高温、高压的作用，工作条件恶劣。这要求缸盖材料具有很高的室温性能与高温性能。燃气在燃烧室内爆燃时，室内气体温度瞬间高达1100℃以上，这种高温循环热冲击反复作用于燃烧室内壁。而在汽油发动机燃烧室内产生的压力峰值高达7MPa，这个压力直接作用于气缸盖的燃烧室部位。因此，气缸盖在发动机工作过程中的特点是：处于高温状态下工作，承受较大的热冲击作用和产生应力集中。如何调整优化缸盖的化学成分，进而改善其室温与高温性能，对发动机缸盖的生产有积极的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种铝合金气缸盖，能够耐高温，承受更大的冲击力。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种铝合金气缸盖，其上部设置有凸轮轴或双凸轮轴，下部与气缸体、活塞组成燃烧室；前端设置有时规齿轮及其壳，后端设置水泵；一端设置有进气道，另一端设置有排气道，罝于凸轮轴室的油道通过缸盖与缸体相连；水道环绕着进气道、排气道、燃烧室，并与缸体相连。所述气缸盖采用Al-Cu-Ni-Co-Nb-Zr合金，其中Cu含量为1-5wt％，Ni含量为1-5wt％，Co含量为0.2-1wt％，Nb含量为0.5-1.5wt％，Zr含量为0.2-1％，Al余量。在Al-Cu-Ni-Co-Nb-Zr合金中，Cu能与Al形成强化相Al2Cu，热处理后一部分Al2Cu在晶内析出，能起到强化作用。当Cu含量较小时，增加含量能够使晶内析出的Al2Cu相增多，从而起到提高材料强度的作用，Cu含量大于3.5％后，晶内析出的Al2Cu相随Cu含量的增加不再增多，但残留在晶界的Al2Cu相却明显增多，影响晶粒间的结合强度，进而降低材料的强度。因为Al2Cu既能在晶内析出起到强化作用，又能残留在晶粒间降低晶粒的结合程度，所以Cu含量对合金强度的影响存在一个极大值。室温下，材料的抗拉强度随着Cu含量的增大而先增大后减小，伸长率呈下降趋势；高温(250℃)下，抗拉强度随Cu含量的增大而先增大后减小，伸长率也呈相同的趋势。综合来看，Cu含量为3.5％时材料的力学性能最佳。本专利技术中，Ni与Al和Cu用来形成过剩相Al6Cu3Ni。过剩相强化是耐热铝合金的主要强化方式。当铝中加入的合金元素含量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称之为过剩相。铝合金中过剩相多数为硬而脆的金属间化合物，它们在合金中阻碍晶界滑移和位错运动，使强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。过剩相的熔点越高，成分和结构越复杂，高温下越稳定，强化效果也越好。过剩相的数量越多，越细小，其强化效果越好。经过测试，Ni含量为1-5wt％，特别是为2.8-3.4wt％时，其对于耐热性提高效果最好。本专利技术的Al-Cu-Ni-Co-Nb-Zr铝合金中，Zr用来进行晶界强化。晶界强化也是提高铝合金耐热性能的重要途径。添加表面活性元素Zr，吸附在晶界上，提高晶界热力学稳定性，降低晶界能和提高原子间结合力，从而减少晶界处原子的扩散能力，提高合金的抗蠕变性能。Zr元素不仅可以细化晶粒，还可以形成弥散的Al3M型强化相，这些相本身比较稳定，与基体错配度低，可与基体保持共格关系，能有效钉扎位错，稳定亚结构，阻止晶界滑移，同时抑制基体再结晶，提高基体再结晶温度。此外，Zr元素化学活性较强，形成热稳定性良好的化合物，在晶界处呈放射状分布，能有效强化晶界，提高合金的高温性能。所述Al-Cu-Ni-Co-Nb-Zr合金的力学性能，需要测室温性能和高温性能。室温性能是将热处理后的材料按照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》加工成试样，用CSS-55100型高低温电子万能试验机测其抗拉强度和伸长率；高温性能按照GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验》加工试样，也用上述测试机测试材料在250℃下的抗拉强度与伸长率。其室温抗拉强度超过380MPa，伸长率介于3.8-4.6％；其250℃下抗拉强度超过320MPa，伸长率介于3.0-4.5％之间。本专利技术的铝合金气缸盖，通过对结构和材料性能的改进，改善了其室温与高温性能，能够耐高温，承受更大的冲击力。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1一种铝合金气缸盖，其上部设置有凸轮轴或双凸轮轴，下部与气缸体、活塞组成燃烧室；前端设置有时规齿轮及其壳，后端设置水泵；一端设置有进气道，另一端设置有排气道，罝于凸轮轴室的油道通过缸盖与缸体相连；水道环绕着进气道、排气道、燃烧室，并与缸体相连。所述气缸盖采用Al-Cu-Ni-Co-Nb-Zr合金，其中Cu含量为5wt％，Ni含量为5wt％，Co含量为0.2wt％，Nb含量为0.5wt％，Zr含量为0.2％，Al余量。室温性能是将热处理后的材料按照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》加工成试样，用CSS-55100型高低温电子万能试验机测其抗拉强度和伸长率；高温性能按照GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验》加工试样，也用上述测试机测试材料在250℃下的抗拉强度与伸长率。测试表明，其室温抗拉强度为398MPa，伸长率介于4.3％；其250℃下抗拉强度为330MPa，伸长率为3.7％。实施例2一种铝合金气缸盖，其上部设置有凸轮轴或双凸轮轴，下部与气缸体、活塞组成燃烧室；前端设置有时规齿轮及其壳，后端设置水泵；一端设置有进气道，另一端设置有排气道，罝于凸轮轴室的油道通过缸盖与缸体相连；水道环绕着进气道、排气道、燃烧室，并与缸体相连。所述气缸盖采用Al-Cu-Ni-Co-Nb-Zr合金，其中Cu含量为1wt％，Ni含量为5wt％，Co含量为1wt％，Nb含量为1.5wt％，Zr含量为1％，Al余量。室温性能是将热处理后的材料按照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》加工成试样，用CSS-55100型高低温电子万能试验机测其抗拉强度和伸长率；高温性能按照GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验》加工试样，也用上述测试机测试材料在250℃下的抗拉强度与伸长率。测试表明，其室温抗拉强度为402MPa，伸长率介于4.2％；其250℃下抗拉强度为342MPa，伸长率为4.0％。上述实施例表明，本专利技术的铝合金汽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金气缸盖，其上部设置有凸轮轴或双凸轮轴，下部与气缸体、活塞组成燃烧室；前端设置有时规齿轮及其壳，后端设置水泵；一端设置有进气道，另一端设置有排气道，罝于凸轮轴室的油道通过缸盖与缸体相连；水道环绕着进气道、排气道、燃烧室，并与缸体相连；所述气缸盖采用Al‑Cu‑Ni‑Co‑Nb‑Zr合金，其中Cu含量为1‑5wt％，Ni含量为1‑5wt％，Co含量为0.2‑1wt％，Nb含量为0.5‑1.5wt％，Zr含量为0.2‑1％，Al余量。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金气缸盖，其上部设置有凸轮轴或双凸轮轴，下部与气缸体、活塞组成燃烧室；前端设置有时规齿轮及其壳，后端设置水泵；一端设置有进气道，另一端设置有排气道，罝于凸轮轴室的油道通过缸盖与缸体相连；水道环绕着进气道、排气道、燃烧室，并与缸体相连；所述气缸盖采用Al-Cu-Ni-Co-Nb-Zr合金，其中Cu含...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达明，
申请(专利权)人：无锡市明盛强力风机有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32