发动机活塞销的激光表面合金化工艺制定.pdf

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1、Academic学术[3]陈耀．技术创新与企业市场竞争能力的提升[j-]．中国科学管理研究，2010发动机活塞销的激光表面合金化工艺制定李淑玉唐连彬刘艳飞(1．266033青岛理工大学汽车与交通学院山东青岛2．266033青岛理工大学机械工程学院山东青岛)摘要：对汽车发动机活塞销利用Nd：YAG激光器进行激光表面合金化处理，通过改善其表面的硬度以及耐摩损性能．从而提高其表面的合金化质量。本文从合金化的成分选取、粉末添加方式以及激光扫描路径等主要因素制定汽车发动机活塞销激光表面合金化的工艺，同时也为其合金化处理的实验过程作参考。◎懈关键词近年来随着汽车行业的迅猛发展，熔

2、化、混合，在较高的冷却速度下，由取上，有金属元素和非金属元素，也有各汽车生产厂家之间的竞争越来越激烈，于熔化层液体内存在的扩散作用和表面氧化物、氮化物以及金属间化合物。本对汽车组成部件的质量要求越来越高，张力效应等，使材料表面在较短时间内实验采用Ni、Si、B、C多元元素粉末作每一个汽车零部件都对产品的性能起着形成质量要求较高的表面合金层。快速为添加材料。Ni可以显著提高不锈钢的重要的作用。发动机为汽车提供动力，熔化非平衡的过程可以使合金元素在凝可焊接性、韧性和耐腐蚀性，Ni使奥氏是汽车重要的组成部件，是汽车的心脏。固后的组织达到高的过饱和度，获得特体具有面心立方结构

3、。Si是非碳化物形活塞销是汽车发动机必不可少的零件，殊性能的表面合金层，同时元素消耗量成元素，促进相生成，细化晶粒，Si与它的质量直接影响活塞的性能，进而影较小，合金与基体之间的冶金结合良好Ni形成具有超点阵结构。B的加入会改响发动机的性能。活塞销是活塞内部的。利用激光表面合金化技术可以使价格善晶体的形态，延缓裂纹的发生，减少C圆柱形销子。活塞部分结构如图1所示。便宜、表面性能不够好的材料表面获得向晶界上的偏析，从而提高了合金层的为保证其较轻的重量，活塞销一般选用较优越的耐磨、耐蚀、耐热等特性，也抗蠕变能力。硼化物和含硼碳化物本内部做成空心的优质圆柱形合金钢。活可以取

4、代比较昂贵的整体合金，改善金身也有较高的显微硬度，能够显著提高塞销的作用是将活塞与连杆小头连接起属合金和不锈钢的耐磨性能，从而降低基体的耐磨性。由于要求有高的硬度来，并传递它们运动时的力。当活塞运生产成本。汽车发动机活塞销的使用材和耐磨性，要求含碳量高一点，加入C动时，活塞销不仅承受力，而且与活塞料一般是合金钢，对其表面合金化既提元素可以大大提高其表面的性能。销座和连杆头之间做自由旋转，因此会高了其表面的耐摩擦性能，又节约了使2．2发动机活塞销合金化粉末添加受到较大的磨损，影响活塞整体的质量。用其他贵重材料带来的成本。方式的制定由于摩擦磨损是导致活塞销失效的主要1．2

5、发动机活塞销合金化工艺的制粉末材料添加的方式有预置材料法、形式，如何提高活塞销的表面硬度以及定原则硬质离子喷射同时法等方法J，如图2耐磨损的性能，成为重要的研究内容。(1)需考虑到活塞销与合金元素之所示。在激光束产生的高能量对基体表本文利用激光合金化的优越性能对活塞间产生相互作用以后所生成的可熔解性。面熔化时，向其喷入合金粉末并且通入销表面作出合金化处理的工艺制定，以(2)需考虑合金化后活塞销表面的惰性气体作为保护的方法称为硬质离子达到预期的耐磨损性能又不会引起基体强化程度，如耐磨损特性的变化。喷射同时法，这种送粉方式容易实现整的变形。(3)需考虑表面合金层与活塞销之

6、个加工过程的自动化，从而提高了粉末间结合的牢固性。的利用率以及合金化效率，但是对自动2．发动机活塞销合金化工艺的制定化装置较高的要求使成本大大增加。而发动机活塞销激光表面合金化工艺预置材料法是将合金化材料预置于基材包括合金化的成分选取、粉末添加方式的表面，经济适用且不受合金元素的限以、激光扫描路径以及工艺参数等主要制，是一种比较方便、普遍的方法。方面。在一些铁基表面进行合金化时可以采用2．1发动机活塞销合金化成分的选取电镀、喷涂、预涂合金粉末等方法。本◎本实验所用的材料为20Cr钢活塞实验采用材料预置的方法，降低合金化销圆管，化学成分见表1，尺寸为：长成本，而且操作较

7、为方便，采用预涂合×外径×内径=56toniX20『flIIlX12金粉末的方式进行合金化。采用静电吸fIlIIl。实验采用固体脉冲Nd：YAG多功能附的原理将元素粉末吸附在20Cr钢圆管图1活塞部分结构图激光加工机。表面，由于是多元粉末，为保证均匀附1．激光表面合金化介绍用于金属表面合金化的元素或化合着于基材表面，使20Cr钢圆管在装有不1．1激光表面合金化原理和特点物应具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐同元素的粉磨盒分别做旋转运动，通过激光合金化是一种快速高效的金属高温等特性，与活塞销的线膨胀系数差摩擦产生的静电作用达到吸附的效果。材料表面改性处理方