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1.汽缸材料
氣缸體作為發動機中最重要的部件之一，其尺寸、結構復雜，壁厚較薄又很不均勻(最薄處僅為3 mm～5 mm)，而且在高溫、高壓及潤滑條件不良且有固體微粒和腐蝕介質工況條件下作高速相對運動，零件內部產生很大的機械應力和熱應力，同時承受強烈的摩擦磨損。因此，要求氣缸體材料具有良好的綜合性能，即應具有良好的強韌性、導熱性、耐磨性、耐蝕性、加工工藝性能和經濟性。另外，對材料的再循環性及環境保護的因素在國外也是要考慮的重要方面。
1.1鑄鐵汽缸
灰鑄鐵由于具有良好的鑄造工藝性能和機械性能，優越的耐磨性、減振性和導熱性，而且生產方便，價格便宜，在很多任務業領域的鐵系零件中被選定為復雜形狀零件的首選材料，特別是交通運輸行業用作制造發動機的材料。
1.2鋁合金基體鑲鑄鐵套汽缸
近年來，汽車工業正面臨越來越嚴峻的三大課題：能源，環保，安全。因此，隨著汽車工業的迅速發展，減輕汽車重量，降低油耗，改善對環境的污染等要求，是汽車工業目前所面臨的挑戰之一，就是在汽車零部件設計中盡可能多的采用輕量化的材料，節約有限資源，已達到減輕汽車自重的要求。減輕汽車自重的關鍵是使用輕質材料。由于汽車工業發展的這一需求，使得結構材料比強度高的，能夠大幅度減輕重量的鋁、鎂合金材料的應用越來越廣泛，特別是鋁及其合金由于具有質輕，耐磨，耐腐蝕，彈性好，比強度和比剛度高，抗沖擊性能好，易表面著色，良好的加工成形性以及極高的再回收、再生性等一系列優良特性，成為汽車輕量化最理想的材料。
由于鋁合金材料具有上述的一系列特點，所以，發動機由鑄鐵汽缸逐步被采用鋁合金基體上鑲鑄鐵襯套的方法所取代。鋁合金基體汽缸重量輕，導熱性良好，冷卻液的容量可減少。啟動后，汽缸很快達到工作溫度，并且和鋁活塞熱膨脹系數完全一樣，受熱后間隙變化小，可減少沖擊噪聲和機油消耗。和鋁缸蓋熱膨脹相同，工作可減少冷熱沖擊所產生的熱應力。
陶瓷汽缸系在鋁硅合金汽缸上鍍上一層碳化硅及鎳的復合鍍層。這一層復合鍍層取代傳統球墨鑄鐵襯套，較之與球墨鑄鐵襯套汽缸更具有耐磨、耐高溫、熱傳導快速、質輕、馬力高、壽命長等突出優點。
1.3.1與鑄鐵襯套汽缸相比陶瓷汽缸有如下特點
①鑄鋁汽缸初步鏜孔加工后再電鍍鎳基之碳化硅陶瓷鍍層，最后實施之鏜么。
②鍍層厚度約為0.005mm，硬度比一般鑄鐵高（HV550）。
③鍍層為多孔性表面，駐油性佳，使汽缸表面與活塞，活塞環隨時保持高度潤滑，各接觸件不會刮傷，磨耗也降低。
④鋁合金比重是鑄鐵的0.35倍，重量僅為鑄鐵的1/3，熱傳導系數是鑄鐵的2.3倍。所以引擎的熱積累很快傳出，保證引擎在適當溫度運轉，避免高溫造成的潤滑油膜脫落產生構件刮傷，或零件因熱負荷疲勞而破壞。
1.3.4電鍍陶瓷存在的問題
鍍層剝落是一般常見的問題，其原因為鍍層與鋁硅合金基材之結合力不足所造成。當結合力不足時，用鉆孔或鋸割方式，就會使鍍層崩裂，又在實施熱沖擊試驗后鍍層會有突起之氣泡產生而崩裂。鍍層一但崩裂，則立即產生卡缸現象，引擎將導致燒毀并無法使用。這是目前陶瓷電鍍技術面臨的最大挑戰，國內僅有少數工廠能夠過關。
1.4高硅鋁合金汽缸
目前汽車用鋁缸體所用合金材料主要為鋁硅系合金，主要應用的合金牌號是美國標準的B390合金（見表1，B390合金），這種合金由于它合金組織中存在大量的初晶硅顆粒，具有很好的耐磨性能，目前世界上研究的較多的都是使用一般鋁合金（見表1,ADC12合金）生產缸體在缸筒內都鑲鑄鐵缸套，而采用B390這種合金生產鋁缸體可不鑲缸套，因而能夠進一步降低汽缸的成本。但高硅鋁合金隨著硅含量的增加，壓鑄生產中也會出現一系列問題：如初晶硅粗大，分布不均勻，會產生加工硬點，耗散層增厚等。但這些問題在國外先進國家目前均已得到解決，并且其制造成本要比壓鑄后再進行陶瓷電鍍的方法節省一倍以上。
|
牌號 |
Si |
Cu |
Mg |
Fe |
Zn |
Mn |
Ni |
Sn |
Al |
|
ADC12 |
9.6～12.0 |
1.5～3.5 |
<0.3 |
<1.3 |
<1.0 |
<0.5 |
<0.5 |
<0.3 |
余量 |
|
B390 |
16.0～ 18.0 |
4.0～ 5.0 |
0.45～ 0.65 |
0.6～ 1.0 |
<1.3 |
<0.5 |
<0.1 |
<0.2 |
余量 |
我廠于2007年初引進美國B390合金壓鑄生產技術，通過幾年的不斷發展，目前已具備年產B390合金壓鑄件1500噸以上的生產能力。并且產品質量得到客戶的認可。由于該合金具有高的耐磨性及低的熱膨脹系數等優點（見表2、表3），近年來，在活塞、缸體類鑄件中得到了廣泛應用。
|
項目 |
合金名稱 | ||
|
B390
|
ADC12 |
鑄鐵 | |
|
比重 |
2.73
|
2.68 |
7.2 |
|
熔點℃ |
505-650
|
577--600 |
1279--1148 |
|
熱導率w/m.k
|
125.5 |
117.2 |
75 |
|
熱膨脹系數
×10（-6），℃（-1）
（20--100）
|
18 |
19 |
8.7—11.6 |
|
合金名稱 |
拉伸強度
磅/英寸²
（Mpa） |
屈服強度（0.2%永久變形）
磅/英寸²
（Mpa） |
伸長率
δ5
（%） |
布氏硬度
HB
|
|
B390 |
295 |
249 |
<1.5 |
120 |
|
ADC12 |
295 |
185 |
≥2 |
≥95 |
|
HT200 |
300 |
|
|
188 |
2. B390合金壓鑄生產工藝的控制
2.1 初晶硅的控制
過共晶Ａｌ Ｓｉ合金具有耐磨和線膨脹系數極小的特點 ,是制造活塞、缸套等零件的首選材料。但過共晶鋁 硅合金中初晶硅的ＨＶ高達 14 0 0 ,且與鋁的基體無任何共格界面 ,粗大的初晶硅不僅使切削加工十分困難 ,甚至會從零件表面一粒粒剝落 ,造成整臺發動機或壓縮機破壞 ,因此在鑄造時過共晶鋁硅合金必須經過熔體初晶硅細化處理。理想的過共晶鋁硅合金的細化處理必須滿足三點要求 :一是將初生硅細化到 5 0 μｍ以下 ,均勻分布在共晶體 (α Ａｌ+Ｓｉ)基體上 ,不出現偏聚現象 ,且應在鑄件正常的澆注溫度下保持長時間的細化效果 ;二是應使共晶硅同時被細化成點狀;三是在細化處理及隨后的澆注過程中不造成對環境的任何污染。我們公司采用B390合金熔體專利細化處理技術使得其初晶硅最大尺寸 <5 0 μｍ ,分布均勻 ,未發現任何偏聚現象 ;共晶硅基本上呈點狀均勻分布 。
![B390壓鑄<a]( "查看更多相關信息！")
合金在汽缸產品上的應用 src="http://www.55fxb9d.cn/skin/st05skin34xha/image/lazy.gif" class="lazy" original="http://www.55fxb9d.cn/user/blogUploadFile/2009828103435541.jpg" border=0> ![B390壓鑄<a]( "查看更多相關信息！")
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圖1 初晶硅細化不良 圖2初晶硅細化好
圖1 初晶硅細化不良 圖2初晶硅細化好
2.2初生硅貧乏層
初生硅微粒區是合金具有耐磨性和防粘咬的重要微觀組織。初生硅微粒的重要作用由它的大小及分布狀態決定。表層存在的初生硅微粒區又稱為初生硅相區，這相區的最外層是初生硅貧乏層，厚度一般在0.25—0.375mm范圍，有時會達到0.9mm。這層比較軟，應加工去掉，以便使初生硅微粒裸露成為工作表面，保證耐磨性和防粘咬。因此，必須在壓鑄工藝上進行控制，以便在機加工后使初晶硅剛好暴露在鑄件的耐磨表面。我們公司采用專利技術對B390合金壓鑄產品耗散層厚度進行控制，能夠穩定地將其厚度控制在0.25—0.375mm范圍，保證在機械加工后產品表面的耐磨功能。
2.3硬點的預防
在B390合金產品壓鑄生產的另一個技術難點是該合金中容易出現硬點。硬點的存在會給后續機械加工帶來困難。硬點大致分為三種形式，一種是粗大的塊狀初晶硅，是合金熔體處理不當而產生的，如圖1；另一種是一些較重的金屬元素如Fe,Mn,Cr等在一定條件下極易與Al,Si,Cu,Mg等發生反應形成的一系列金屬間化合物，如圖2，這些化合往往以粗大的塊狀出現。還有些硬質點是非金屬夾雜物，顯微硬度為鋁基體（HV68）的8-20倍，不僅尺寸大，硬度高于刀具硬度，如圖3。這些硬點的存在經常造成機械加工時刀具崩壞和加快磨損。我公司采用特別技術控制B390鋁合金熔體中的硬質點，從而保證機壓鑄后續機械加工正常生產。
在B390合金產品壓鑄生產的另一個技術難點是該合金中容易出現硬點。硬點的存在會給后續機械加工帶來困難。硬點大致分為三種形式，一種是粗大的塊狀初晶硅，是合金熔體處理不當而產生的，如圖1；另一種是一些較重的金屬元素如Fe,Mn,Cr等在一定條件下極易與Al,Si,Cu,Mg等發生反應形成的一系列金屬間化合物，如圖2，這些化合往往以粗大的塊狀出現。還有些硬質點是非金屬夾雜物，顯微硬度為鋁基體（HV68）的8-20倍，不僅尺寸大，硬度高于刀具硬度，如圖3。這些硬點的存在經常造成機械加工時刀具崩壞和加快磨損。我公司采用特別技術控制B390鋁合金熔體中的硬質點，從而保證機壓鑄后續機械加工正常生產。
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圖3 非金屬化合物
