活塞材料的選用

知識點(diǎn)：內(nèi)燃機(jī)活塞材料的選用

汽車車身材料學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解活塞的工作苛刻條件2知道活塞的基本功能和組成

3理解內(nèi)燃機(jī)活塞的選材要求4掌握內(nèi)燃機(jī)活塞的常用材料

內(nèi)燃機(jī)活塞材料的選用1.1內(nèi)燃機(jī)的基本原理1.2活塞的工作條件2.1活塞的基本功能2.2活塞的基本組成3.1活塞的選材要求4.1活塞的常用材料12341.1內(nèi)燃機(jī)的基本原理內(nèi)燃機(jī)的工作原理

汽車車身材料活塞作為發(fā)動機(jī)的心臟，是在怎樣的環(huán)境下任勞任怨地開展?jié)M負(fù)荷的工作呢？

汽車車身材料1.2活塞的工作條件

汽車車身材料1.2活塞的工作條件活塞在極其惡劣的環(huán)境下工作，首先，要承受很大的機(jī)械載荷，活塞頂上作用著不斷變化的氣體壓力。就汽油機(jī)來說，氣體壓力的最大值PZ一般在4～5MPa之間，對于柴油機(jī)而言，PZ一般可達(dá)7?8MPa。其次，活塞在工作中承受著很高的熱負(fù)荷，活塞頂與燃燒室的最高溫度大約為1800～2600℃、每一個工作循環(huán)的平均溫度為500～800℃的灼熱氣體直接接觸而受到強(qiáng)烈的加熱作用。

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活塞在氣缸內(nèi)是以很高的速度（8～12m/s）往復(fù)運(yùn)動，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷?；钊谶@種惡劣的條件下工作，會產(chǎn)生變形并加速磨損，還會產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕作用。2.1活塞的基本功能

活塞獨(dú)自承受著交變的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，是發(fā)動機(jī)中工作條件最惡劣的關(guān)鍵零部件之一?；钊墓τ檬浅惺軞怏w壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。2.2活塞的基本組成頭部頂部裙部活塞的基本組成部分包括：頂部、頭部（環(huán)槽部）、裙部等三個部分，活塞頂部是組成燃燒室的主要部分，其形狀與所選用的燃燒室形式有關(guān)。汽油機(jī)多采用平頂活塞，其優(yōu)點(diǎn)是吸熱面積小。3.1活塞的選材要求選材要求基本組成工作條件基本功能（1）要有足夠的耐熱性，導(dǎo)熱性好，要有充分的散熱能力，熱膨脹系數(shù)要小，減小受熱時的變形；（2）要有足夠的強(qiáng)度和剛度；（3）活塞的質(zhì)量盡量小，以減小慣性力；（4）活塞與氣缸壁間應(yīng)有較小的摩擦系數(shù)，也就是耐磨性好，防止在運(yùn)動中大量磨損。4.1活塞的常用材料

汽車車身材料世界上最早的車用發(fā)動機(jī)活塞使用的材料是鑄鐵，大約在1911年，鋁合金材料以其質(zhì)輕、良好熱傳導(dǎo)性以及較低的熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)逐漸得到人們的關(guān)注并開始用于制造活塞。鋁合金活塞材料的發(fā)展歷經(jīng)了三個階段，分別為：①20世紀(jì)20年代：使用的是Al-Cu-Ni-Mg系鋁合金活塞；②20世紀(jì)70年代前：更換成了AI-Cu-Si系鋁合金活塞；③現(xiàn)代社會：廣泛采用的是AI-Si合金和共晶(亞共晶)型Al-Si合金活塞?；钊牧习l(fā)展史活塞材料Al-Cu-Ni-Mg系合金AI-Cu-Si系合金AI-Si合金共晶(亞共晶)型Al-Si合金使用年份20世紀(jì)20年代20世紀(jì)70年代前現(xiàn)代現(xiàn)代優(yōu)點(diǎn)具有良好的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、延伸率及耐磨性，含有一定量的硅，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(jī)械和物理性能。線膨脹系數(shù)較小、比重也比較小，耐磨性比較好，鑄造性能好。合金中的Cu可提高合金的常溫及高溫強(qiáng)度，改善合金切削加工性能及表面光潔度；Mn可以提高合金的熱穩(wěn)定性、高溫持久強(qiáng)度和硬度。缺點(diǎn)鑄造性能差且含有較多貴重金屬，價格較貴。線膨脹系數(shù)較大，因含有較多的Cu，所以體積穩(wěn)定性不夠好，便會產(chǎn)生永久性“長大”現(xiàn)象引起活塞“咬缸”。應(yīng)用情況價格較貴而被淘汰。國內(nèi)現(xiàn)已停止使用這類材料。成為應(yīng)用于現(xiàn)代發(fā)動機(jī)活塞制作最為廣泛的合金材料。應(yīng)用比較廣泛。

（1）常用材料：鑄鋁合金（高硅鋁合金、鋁銅合金）；

（2）對于強(qiáng)化發(fā)動機(jī)而言：高級鑄鐵、耐熱鋼，主要是為了提高其強(qiáng)度；（3）新型材料：金屬陶瓷，有組合式的，即陶瓷用于活塞頂部；也有整體式的?？傊?，對于轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動機(jī)來說，活塞材料多選擇質(zhì)量較輕的鋁合金；而對于低速發(fā)動機(jī)來說，現(xiàn)在多用灰鑄鐵。內(nèi)容小結(jié)

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內(nèi)燃機(jī)活塞材料的選用1.活塞的工作條件2.活塞的基本功能3.活塞