2015年我國活塞行業發展趨勢分析

　　據活塞發展趨勢了解，活塞被稱為發動機的心臟。現對2015年我國活塞行業發展趨勢分析。它是發動機中最重要的零件之一。其功用是承受氣體壓力，並通過活塞銷傳給連杆驅使曲軸旋轉。在發動機工作時，活塞直接與瞬時溫度2200攝氏度的高溫氣體接觸，其頂部溫度達300℃~400℃，且溫度分布不均勻;在做功行程時活塞頂部承受著很大的氣體壓力，汽油機達4MPa~5MPa，柴油機高達8MP~9MPa，甚至更高;此外，活塞在氣缸內往復運動線速度可達11m/s~16m/s;在這種惡劣的條件下工作。

       活塞承受著高溫、高壓的熱負荷和機械負荷。因此活塞作為汽車發動機中傳遞能量的一個非常重要的構件，對其材料具有特殊的要求：密度小、質量輕、熱傳導性好、熱膨脹係數小;並具有足夠的高溫強度、耐磨和耐蝕性能、尺寸穩定性好。另外還應具有容易製造、成本低廉的特點。伴隨著汽車發動機的不斷發展與進步，人們對活塞材料的研究與應用也取得了長足的發展。鋁合金活塞材料的發展應用概況鋁合金活塞材料的發展應用概況鋁合金活塞材料的發展應用概況鋁合金活塞材料的發展應用概況世界上最早的汽車發動機活塞是鑄鐵的。1911年，鋁合金材料以其質輕、良好熱傳導性以及較低的熱膨脹係數等特點的得到人們的關注並開始用於製造活塞。1920年一種Al- Cu-Ni-Mg系合金正式成功地應用於汽車發動機活塞，從而證明了鑄造鋁合金作者簡介：

　　1、AI-Cu-Ni-Mg系合金系合金系合金系合金該系合金於1920年開始就在英國得到應用。其典型合金代號有 LMl4(英)、SAE39(美)、AC5A(日)。該類合金的優點是良好的高溫強度、導熱性、延伸率及耐磨性;但因其線膨脹係數和密度較大，鑄造性能差且含有較多貴重金屬價格較貴而被淘汰。

　　2、AI-Cu-Si系合金系合金系合金系合金這類合金的優點是：由於含有一定量的矽，鑄造性能較好，切削加工性能也有所改善;在常溫和高溫下均有較好的機械、物理性能。在70年代之前，該類合金曾是前蘇聯等國應用最廣泛的一種材料，我國的解放牌CAl0A、 CAl0B、CAl0C型汽車活塞也採用此合金。其典型合金代號有SAE300(美)、A110B(俄)、AC2A(日)。該類合金的缺點是：線膨脹係數較大，因含有較多的Cu，所以體積穩定性不好，會產生永久性「長大」現象引起活塞「咬缸」，所以國內現已停止使用這類材料。

　　3、AI-Si合金合金合金合金由於Al-Si合金線脹係數小、比重小，耐磨性好，鑄造性能好等一系列優點而成為應用於現代發動機活塞製造最廣泛的材料。這類合金按含Si量的高低可分為共(亞)晶型和過共晶型兩大類。

　　4、共晶共晶共晶共晶(亞共晶亞共晶亞共晶亞共晶)型型型型Al-Si合金合金合金合金國內外輕、中型汽車汽、柴油發動機以及轎車發動機活塞大多採用了共晶(亞共晶)型Al-Si合金。具有代表性的共晶(亞共晶)型AI-Si合金活塞材料的牌號及化學成分見表1。該類合金含 Si量一般在8.5%-13%，為了提高合金的室溫及高溫性能在其中加入了Cu、Mg、Mn、Ni等合金元素進行多元合金化。

　　(亞共晶)型Al-Si合金活塞材料常溫和高溫性能。合金中的Cu可提高合金的常溫及高溫強度，改善合金切削加工性能及表面光潔度;但Cu量過多會使合金密度增大，熱裂傾向增大，耐蝕性降低，鑄造性能變壞，同時還使合金成本增加。因而作為活塞用的A1-Si合金應在保證其強度的前提下儘可能降低含銅量。Mg也是A1-Si合金中提高合金強度的重要元素，特別是與Cu配合使用時可進一步提高合金耐熱性。但Mg加入量過多時易在晶界上形成脆性相，反而降低了合金強度。另外Mg還可能造成鑄件夾渣，所以Mg的加入量一般控制在0.4%-1.5%。國內廠家多控制在0.7%-1.0%之間。Mn可以提高合金的熱穩定性、高溫持久強度和硬度，同時還可以減少雜質元素對鐵的危害。但加入過多的Mn會形成粗大脆性化合物，反而降低合金強度。 Mn的加入量多控制在1%以下。國外資料認為。Ni可以提高合金的高溫強度及合金熱穩定性。

　　據活塞行業市場調查分析報告了解，如含有Ni的ZLl09比不合Ni的ZLl08體積穩定性好。這對活塞這種零件來說是非常有意義的。但近年來的一些試驗研究又表明：加Ni對合金的高溫性能並無顯著提高國內外汽車發動機活塞材料的發展及應用國內外汽車發動機活塞材料的發展及應用國內外汽車發動機活塞材料的發展及應用國內外汽車發動機活塞材料的發展及應用由於鋁矽合金中Si含量超過6%-8%時，組織中便會出現粗針狀共晶矽組織，使合金的機械性能降低。因此，共晶 (亞共晶)型A1-Si合金需進行變質處理。共晶矽常用的變質元素有Na、Sr、P、Sb、Ba、RE等，其中國內應用較多的是Na鹽變質，效果良好。但 Na鹽變質有效時間較短。同時還會腐蝕坩堝給生產帶來不便。Sr有較強的變質作用和足夠長的變質有效期，但Sr較貴且變質時會增加合金吸氣，故目前還不能取代Na。目前，對於共晶型Al-Si合金來說(如ZLl09)更多地採用了磷變質劑以代替Na變質，且磷變質效果優於Na鹽變質而被國內眾多活塞製造廠推廣使用。現在在汽車發動機上應用最廣泛的Al-Si.活塞材料為ZLl09G(Mahlel24、AC8A)，國外著名發動機製造廠(如 Cummins、Renault等)和國內玉柴、錫柴等發動機製造廠均採用該材料製造的活塞。過共晶型過共晶型過共晶型過共晶型Al-Si合金合金合金合金隨著發動機對功率、扭矩、噪聲、排放的要求越來越高，共晶(亞共晶)型Al-Si合金已難以達到使用性能要求。

　　因此，人們把目光投向另一種更為理想的活塞材料——過共晶型A1-Si合金。這類合金含Si量高達17%~26%，而隨著Si含量的增加，合金的線脹係數減小，耐磨性和體積穩定性相應提高，且合金密度也隨之減小，用其製造發動機活塞，可在設計上縮小氣缸筒內壁與活塞之間的間隙，從而提高發動機效率.因此受到世界各國研究者的重視[3]。國外對過共晶型Al-Si合金的研究應用較早，使用範圍已從摩托車活塞擴大到載貨汽車的活塞上。國內近些年也對該類活塞材料進行了大量的研究，但實際應用的還較少。國內外具有代表性的過共晶Al-Si合金牌號及化學成分見表3。表4為過共晶型Al，-Si合金活塞材料常溫和高溫性能對比。過共晶型活塞合金按Si的含量分為三組：I組Si為17%-19%，II組Si為 20%-23%，III組Si為24%-26%。I、II組工藝性較好，在實際生產中應用較多;第1II組由於Si含量高，結晶範圍大，鑄造工藝性能很差，初晶Si的變質困難。為保證合金滿足活塞性能要求。也在其中加入Cu、Mg、Mn、Ni、Ti、RE等等.所起作用與共晶型合金中基本相同。儘管過共晶型Al-Si合金用做汽車發動機活塞材料的優越性已被國內外的實踐所證明，國內開發的Al-23%Si(AC9A)活塞材料性能指標為 δb(25℃)>260MPa，δb(300℃)>150MPa，HB=110-125，a≤18×10-6℃。但是，目前過共晶Al-Si 合金在工業上應用過程中面臨著兩大問題：(1)初晶矽的細化;(2)切削性能的改善。過共晶型活塞材料如何對合金進行變質處理細化初晶矽，目前公開報導的變質方法有如下方案：1)單元變質劑：赤P或P-Cu.合金;2)二元變質劑：①P-Cu+RE;②P-Cu+S;③P-Cu+Ba;④P2S6+Na- Cl;3)多元變質劑：①赤P+KCl+K2TiF6;②(NaPO3)6+KCl+Na2SiF6;③NaPO3+V2O5+A12O3+SrCl;④ 赤P+KCl+K2TiF6+RE。

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