铝活塞耐磨处理工艺的研究（开题报告）.doc

毕业设计（论文）开题报告

1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）
铝属于轻金属，其化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1～3nm的致密氧化膜，使铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度和硬度很低，不适合作为工程材料使用，只有通过合金化处理才能获得密度小、强度高的铝合金作为工程材料。目前，国内外用作活塞的材料除铝合金外还有铸铁、钢、陶瓷及复合材料等。其中，铝合金应用的最多，铸铁次之，其他则较少[1]。
活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。由于活塞顶部直接与高温燃气接触，燃气最高温度可达2500K以上，而其散热条件又很差，致使活塞承受很高的热负荷，工作时一般顶部温度高达600～700K，高温使活塞材料的机械强度下降，热膨胀量增大，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内的平均速度可达8～12m/s，会产生很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷[2]。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。故要求活塞材料具有高的机械强度；小的热膨胀系数；吸热性要差，导热性要好；密度小；容易加工，成本低；具有良好的减磨性能与耐磨、耐蚀性能[3]。
铝合金活塞的突出优点是比重小，约为铸铁的1/3，在同样强度的情况下，它比钢铁材料轻很多，但是铝合金的高温力学性能及减摩、耐磨性能不如铸铁。采用铝合金制作的活塞可大大减小活塞的质量及往复运动的惯性力，对汽缸壁的侧压力和冲击力也较小，这样可减小活塞与汽缸，活塞组与活塞销的摩擦力，并降低它们的磨损量。活塞的磨损一般表现在三个方面：活塞槽磨损、顶部燃烧室烧毁、活塞裙部擦伤磨损。活塞的最大磨损部位是活塞环槽，主要原因是燃烧气体的压力作用，使活塞环对环槽的单位面积上压力很高，同时活塞作高速往复运动，使活塞环对于环槽的冲击力很大；此外燃烧气体的高温使活塞头部工作温度偏高，而且越靠近活塞顶部其温度和气体压力越高。所以第一道环槽的磨损最为严重，往下逐渐减轻。环槽磨损主要是上平面，而下平面磨损较少，使环槽磨损成内小外大的梯形，引起侧隙增大，造成气缸窜气和窜机油。 活塞裙部磨损较小，通常是在承受侧向力的一侧发生磨损和擦伤，当活塞裙部与缸壁间隙过大时，会产生敲缸，并出现严重的留油现象。活塞销座孔形成椭圆形磨损，其最大磨损部位是座孔的上下方向，易造成配合松旷，出现不正常的响声。针对活塞的三种主要磨损方式，要提高活塞整体的强度和耐磨性，一个重要途径就是通过各种表面强化方式提高活塞的抗高温氧化性能、抗腐蚀性能、耐磨损性能[3]。