本發(fā)明涉及一種車(chē)輛用汽缸體的制造方法，更具體地，涉及一種汽缸體的制造方法，其中缸套和汽缸體是一體化的。

背景技術(shù)：

通常，汽缸體是鑄鐵或鋁合金的發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件。在過(guò)去，一直使用鑄鐵，因?yàn)樗m用于鑄造和機(jī)械加工，成本低。然而，近年來(lái)，已大多使用鋁合金來(lái)減輕重量。

優(yōu)選地，汽缸體形成為使得一個(gè)鑄件包括多個(gè)汽缸。在鋁合金汽缸體的情況下，缸套通常被壓合或注入到形成汽缸的圓柱孔內(nèi)。這里，缸套是一個(gè)薄圓筒，設(shè)置在汽缸的內(nèi)表面，以形成具有耐磨性的滑動(dòng)表面。通常，缸套是通過(guò)鑄造鋼然后對(duì)鋼進(jìn)行精確拋光而形成的。

鋁合金汽缸體存在一個(gè)問(wèn)題，其汽缸體和缸套是分開(kāi)制造的，然后缸套被壓合或注入到汽缸體中，因此制造工序的數(shù)量增加。特別地，已提出一種發(fā)動(dòng)機(jī)體的制造方法，該方法通過(guò)先燒結(jié)通過(guò)壓制混合的原材料粉末如金屬粉末而獲得的缸套用粉末型成型材料，然后向鋁合金內(nèi)注入燒結(jié)材料。然而，該方法存在一個(gè)問(wèn)題，其對(duì)缸套用粉末型成型材料進(jìn)行模壓成型，然后進(jìn)行燒結(jié)工序，因此工序數(shù)量可能增加。

作為另一種方法，已提出一種技術(shù)，通過(guò)使用鋁合金的壓鑄方法來(lái)鑄造汽缸體，然后在其表面上形成氧化膜，以在從汽缸體移除缸套的同時(shí)保證耐磨性。然而，雖然該方法可能獲得減少工序數(shù)量的效果，但是可能無(wú)法充分保證耐磨性。

因此，希望提供一種通過(guò)制造鋁合金汽缸體來(lái)在減少工序數(shù)量的同時(shí)改進(jìn)汽缸內(nèi)表面耐磨性的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種車(chē)輛用汽缸體的制造方法，所述方法通過(guò)在鑄造汽缸體時(shí)使缸套與汽缸體一體化而燒結(jié)以粉末模制的缸套。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種車(chē)輛用汽缸體的制造方法，其包括以下步驟：制備具有缸套形狀的成型材料；將所制備的成型材料固定到汽缸體模具內(nèi)部；以及通過(guò)將汽缸體用鑄造熔融金屬注入到固定有成型材料的汽缸體模具內(nèi)，鑄造與成型材料一體化的汽缸體。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種車(chē)輛用汽缸體的制造方法，其包括以下步驟：使用缸套用原材料粉末制備具有缸套形狀的成型材料；將所制備的成型材料固定到汽缸體模具內(nèi)部；以及通過(guò)將al基汽缸體用鑄造熔融金屬注入到固定有成型材料的汽缸體模具內(nèi)，鑄造與成型材料一體化的汽缸體，其中在成型材料因鑄造熔融金屬的溫度而合成有加強(qiáng)相(reinforcement)時(shí)，成型材料被燒結(jié)。

在制備步驟中，缸套的原材料粉末可以混合有al、tio2和c。

在鑄造步驟中，包含在al基汽缸體用鑄造熔融金屬中的al成分可以與形成成型材料的原材料粉末反應(yīng)，合成al2o3和tic。

缸套用原材料粉末可以是al、tio2和c以一定比例混合的，所述比例基于摩爾比是8～27:2～4:2～4。

缸套用原材料粉末可以基于摩爾比混合有12～17mol的al。缸套用原材料粉末可以基于摩爾比進(jìn)一步混合有3～5mol的cuo。

在鑄造步驟中，al基汽缸體用鑄造熔融金屬的溫度范圍可以為700～1000℃。

在鑄造步驟中，al基汽缸體用鑄造熔融金屬的溫度范圍可以為859～892℃。

在制備步驟中，具有缸套形狀的成型材料可以在5000～7000psi的壓力下壓縮成型。

在鑄造步驟中，al基汽缸體用鑄造熔融金屬可以是al或al合金。

附圖說(shuō)明

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的車(chē)輛用汽缸體的制造方法的流程圖。

圖2是示出了取決于成型材料的al添加的dsc分析結(jié)果的圖。

圖3是示出了取決于成型材料的al添加的反應(yīng)產(chǎn)物差異的xrd圖。

圖4是示出了取決于成型材料的al添加的tic合成溫度改變的圖。

圖5是示出了取決于成型材料cuo添加的dsc分析結(jié)果的圖。

圖6是示出了取決于成型材料cuo添加的tic合成溫度改變的圖。

圖7是示出了在汽缸體溫度升高時(shí)取決于溫度升高的dsc分析結(jié)果的圖。

圖8是圖7中z區(qū)的放大圖。

圖9是示出了在汽缸體溫度升高時(shí)取決于溫度升高的反應(yīng)產(chǎn)物差異的xrd圖。

圖10是汽缸體的與成型材料相對(duì)應(yīng)的部件的顯微組織照片。

圖11是示出了汽缸體的與成型材料相對(duì)應(yīng)的部件的epma分析結(jié)果的照片。

具體實(shí)施方式

應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類(lèi)似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車(chē)輛，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(chē)(suv)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商務(wù)車(chē)的客車(chē)，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)、電動(dòng)車(chē)、插入式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)、氫動(dòng)力車(chē)和其它代用燃料車(chē)(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車(chē)是具有兩種或多種動(dòng)力源的車(chē)輛，例如，具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車(chē)輛。

本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅出于描述具體實(shí)施方式的目的，而不意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)、一種”和“該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中清楚指明。還應(yīng)進(jìn)一步理解的是，在說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的任一組合和所有組合。貫穿說(shuō)明書(shū)中，除非明確地被相反描述，詞“包括(comprise)”和例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的變化將被理解為意指包含聲明的元件但不排除任何其它元件。此外，在說(shuō)明書(shū)中描述的術(shù)語(yǔ)“單元”“者(-er)”、“器(-or)”、以及“模塊”意指用于處理至少一個(gè)功能和操作的單元，并且能夠通過(guò)硬件組件或者軟件組件以及其組合而實(shí)現(xiàn)。

而且，本發(fā)明的控制邏輯可實(shí)施為含有通過(guò)處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括但不限于，rom、ram、光盤(pán)(cd)-rom、磁帶、軟盤(pán)、優(yōu)盤(pán)、智能卡和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。還能夠在網(wǎng)絡(luò)耦合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中分布計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，使得例如通過(guò)遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)(can)以分散的方式存儲(chǔ)并且執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

在后文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。然而，本發(fā)明并不限于下面所公開(kāi)的示例性實(shí)施方式，而是可以以各種不同的方式實(shí)施。提供的這些示例性實(shí)施方式僅為了使本發(fā)明完整并允許本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全地認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的范圍。在所有附圖中，相似的附圖標(biāo)記代表相似的部件。

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的車(chē)輛用汽缸體的制造方法的流程圖。

如圖1所示，車(chē)輛用汽缸體的制造方法包括：制備具有缸套形狀的成型材料(s100)、將制備的成型材料固定到汽缸體模具內(nèi)部(s200)；以及通過(guò)將汽缸體用鑄造熔融金屬注入到固定有成型材料的汽缸體模具內(nèi)來(lái)鑄造與成型材料一體化的汽缸體(s300)。

制備步驟(s100)是制備用作為汽缸體內(nèi)缸套的部件的步驟。準(zhǔn)備并混合缸套的原材料粉末(s110)，然后使用混合的原材料粉末來(lái)壓制并模制具有缸套形狀的成型材料(s120)。

在這種情況下，為了形成加強(qiáng)相，在準(zhǔn)備al、tio2和c之后混合缸套的原材料粉末。進(jìn)一步地，為了降低加強(qiáng)相的形成溫度，缸套的原材料粉末可以額外地混合有cuo。進(jìn)一步地，可以額外地混合用于形成各種加強(qiáng)相的各種原材料粉末。例如，可以額外地混合比如wo3的粉末。

在這種情況下，對(duì)于化學(xué)計(jì)量組合物，原材料粉末優(yōu)選是al、tio2和c以一定比例混合的，所述比例基于摩爾比是8～27:2～4:2～4。在這種情況下，優(yōu)選基于摩爾比混合12～17mol的al。進(jìn)一步地，優(yōu)選混合3～5mol的cuo。

然而，盡管原材料粉末以建議的摩爾比混合，由于原材料粉末沒(méi)有理想地均勻混合，基礎(chǔ)成分al的量是不足的，因此所需水平的加強(qiáng)相例如al2o3和tic并未順利合成。當(dāng)不足的al量因包含在鑄造步驟提供的al基汽缸體用鑄造熔融金屬中的al而得到補(bǔ)充時(shí)，形成所需水平(種類(lèi)、量)的加強(qiáng)相。

如果原材料粉末以建議的摩爾比混合，對(duì)混合的原材料粉末進(jìn)行壓制以成型為缸套形狀，從而制備成型材料。在這種情況下，具有缸套形狀的成型材料優(yōu)選在5000～7000psi的壓力下壓縮成型。如果成型材料在小于5000psi的壓力下成型，成型材料的形狀可能在隨后的工序中被破壞；如果在超過(guò)7000psi的壓力下成型，在隨后的工序進(jìn)行之后，加強(qiáng)相tic的合成可能不能順利進(jìn)行。

如果制備出具有缸套形狀的成型材料，則準(zhǔn)備用于鑄造汽缸體的模具(s210)，且將所制備的成型材料固定在汽缸體模具的內(nèi)部(s220)(固定步驟(s200)。

固定步驟(s200)是將具有缸套形狀的成型材料與汽缸體一體化的制備步驟。在這種情況下，將所制備的成型材料裝載并固定在用于鑄造汽缸體的模具內(nèi)部。

如果完成了成型材料的固定，將al基汽缸體用鑄造熔融金屬注入到模具中以鑄造與成型材料一體化的汽缸體(鑄造步驟(s300)。換言之，將al基汽缸體用鑄造熔融金屬，例如al或al合金注入到固定有成型材料的汽缸體模具中，從而鑄造與成型材料一體化的汽缸體。然后，當(dāng)加強(qiáng)相因鑄造熔融金屬的溫度而合成(自蔓延高溫合成反應(yīng))時(shí)，成型材料可以被燒結(jié)，并且成型材料可以與汽缸體一體化。在這種情況下，汽缸體的鑄造優(yōu)選通過(guò)壓鑄方法鑄造，所述壓鑄方法是一種高壓鑄造方法。

通過(guò)壓鑄方法進(jìn)行鑄造的原因是，熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定的加強(qiáng)相因鑄造熔融金屬的溫度而在成型材料中自發(fā)合成，但是因?yàn)樵现薪M織的致密性可能不足，可以在壓鑄過(guò)程中通過(guò)控制鑄造壓力而制造具有致密組織的產(chǎn)物。確認(rèn)的是，如果在壓鑄過(guò)程中控制鑄造壓力，包含在鑄造熔融金屬中的al滲透到成型材料中，使組織增密。

進(jìn)一步地，對(duì)于壓鑄方法的使用，作為al基汽缸體用鑄造熔融金屬，可以使用adc12合金。

同時(shí)，al基汽缸體用鑄造熔融金屬的溫度優(yōu)選為一般壓鑄過(guò)程溫度700～1000℃。特別地，為順利形成加強(qiáng)相，al基汽缸體用鑄造熔融金屬的溫度優(yōu)選限定為859～892℃。

如果在鑄造熔融金屬的溫度保持在所限定的溫度時(shí)進(jìn)行壓鑄，形成成型材料的原材料粉末因鑄造熔融金屬的溫度而被合成。特別是，當(dāng)包含在鑄造熔融金屬中的鋁補(bǔ)充了成型材料中不足的鋁量時(shí)，形成各種加強(qiáng)相。例如，可以與tic、al2o3和cual2一起形成作為加強(qiáng)相的tial3、cu2ti3等。

隨后，將基于實(shí)驗(yàn)來(lái)描述限定本實(shí)施方式中原材料粉末的混合配比的原因。

圖2是示出了取決于成型材料的al添加的dsc分析結(jié)果的圖，圖3是示出了取決于成型材料的al添加的反應(yīng)產(chǎn)物差異的xrd圖，圖4是示出了取決于成型材料的al添加的tic合成溫度改變的圖。

在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)檢查取決于al添加的反應(yīng)產(chǎn)物的合成趨勢(shì)的實(shí)驗(yàn)，在準(zhǔn)備al、tio2和c，之后固定tio2和c的組成比例，然后控制al的混合比例(xal-3tio2-3c)時(shí)，檢查反應(yīng)產(chǎn)物的合成趨勢(shì)。

如圖2和圖3所示，可以確認(rèn)，在al的混合比例為8mol、17mol和27mol時(shí)，合成tic。

可以確認(rèn)，當(dāng)al的混合比例為4mol時(shí)，沒(méi)有合成tic。

因?yàn)橄?al+3tio2+3c→2al2o3+3tic的反應(yīng)方程式是化學(xué)計(jì)量成立的，但是原材料粉末沒(méi)有理想地均勻混合，因而可以確認(rèn)基礎(chǔ)成分al是不足的，因此與周?chē)煞值幕瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)展沒(méi)有順利進(jìn)行。

進(jìn)一步地，可以確認(rèn)，當(dāng)al的混合比例是40mol時(shí)，合成tic但是沒(méi)有合成到所需水平。

因此，對(duì)于用于tic合成的形成成型材料的原材料粉末中al的摩爾比，優(yōu)選混合8～27mol的al，更優(yōu)選混合12～17mol的al。

同時(shí)，如圖4所示，可以確認(rèn)，隨著al的量增加，tic的合成溫度傾向于降低。

因此，如圖2～4所示，可以確認(rèn)，為了補(bǔ)充tic合成中的al，需要使用al基鑄造熔融金屬的壓鑄過(guò)程，且可以通過(guò)控制al的量而降低tic的合成溫度。特別是，可以確認(rèn)，可以通過(guò)控制al的量來(lái)將鑄造熔融金屬的溫度控制為一般壓鑄過(guò)程溫度700～1000℃，而進(jìn)行壓鑄過(guò)程。

隨后，進(jìn)行了檢查取決于附加成分混合比例的反應(yīng)產(chǎn)物合成趨勢(shì)的實(shí)驗(yàn)。

圖5是示出了取決于成型材料cuo添加的dsc分析結(jié)果的圖，圖6是示出了取決于成型材料cuo添加的tic合成溫度改變的圖。

本實(shí)驗(yàn)用于檢查取決于cuo添加的反應(yīng)產(chǎn)物的合成趨勢(shì)，所述的cuo添加是附加成分，用于加入cu以改進(jìn)基體內(nèi)的材料特性。在本實(shí)驗(yàn)中，在準(zhǔn)備al、tio2、c和cuo，固定al、tio2和c的組成比例，并控制cuo的混合比例(16al-3tio2-3c-xcuo)時(shí)，檢查反應(yīng)產(chǎn)物的合成趨勢(shì)。

如圖5所示，可以確認(rèn)，cuo的混合比例越大，tic的體積分?jǐn)?shù)越大。然而，可以確認(rèn)，當(dāng)cuo的混合比例較低時(shí)，tic沒(méi)有形成如所需水平那樣多。

進(jìn)一步地，如圖6所示，確認(rèn)的是，通過(guò)混合cuo，tic的合成溫度降低，并且cuo的混合比例越大，tic的合成溫度越低。

因此，優(yōu)選cuo的混合比例基于摩爾比是3～5mol。

隨后，進(jìn)行了用于檢查針對(duì)根據(jù)本發(fā)明制造的與成型材料一體化的汽缸體，取決于溫度的反應(yīng)產(chǎn)物合成趨勢(shì)的實(shí)驗(yàn)。

圖7和圖8代表示出了在汽缸體溫度升高時(shí)取決于溫度升高的dsc分析結(jié)果的圖，圖9是示出了在汽缸體溫度升高時(shí)取決于溫度升高的反應(yīng)產(chǎn)物差異的xrd圖。

本實(shí)驗(yàn)用于檢查在充分提供al的狀態(tài)下成型材料取決于溫度的反應(yīng)產(chǎn)物合成趨勢(shì)。在本實(shí)驗(yàn)中，在準(zhǔn)備al、tio2、c和cuo然后固定混合比例(17al-3tio2-3c-3cuo)的狀態(tài)下制造成型材料，并且對(duì)于進(jìn)行壓鑄過(guò)程以額外地提供al的產(chǎn)品，當(dāng)在ar氛下溫度以10℃/分鐘升高時(shí)，檢查反應(yīng)產(chǎn)物的合成趨勢(shì)。在這種情況下，圖9是在圖7和圖8中示出的每個(gè)點(diǎn)的xrd分析。

如圖7～9所示，可以確認(rèn)，tic在點(diǎn)c和點(diǎn)d處被合成，但是可以確認(rèn)，tic在點(diǎn)a和點(diǎn)d處未被合成。更詳細(xì)的反應(yīng)產(chǎn)物的合成趨勢(shì)如下表1中所示。

[表1]

因此，鑄造熔融金屬的溫度優(yōu)選限定于700～1000℃以便順利合成加強(qiáng)相，鑄造熔融金屬的溫度更優(yōu)選限定于859～892℃以便順利合成tic。

隨后，分析了根據(jù)本發(fā)明制造的與成型材料一體化的汽缸體的顯微組織照片。

圖10是汽缸體的與成型材料相對(duì)應(yīng)的部件的顯微組織照片，圖11是示出了汽缸體的與成型材料相對(duì)應(yīng)的部件的epma分析結(jié)果的照片。

在圖10和圖11中示出的成型材料是以17al-3tio2-3c-3cuo的混合比例制造的，圖10和圖11示出了對(duì)進(jìn)行壓鑄過(guò)程以額外地提供al的產(chǎn)品的顯微組織照片和epma分析結(jié)果。

如圖10和圖11所示，可以確認(rèn)，tic在cual2周?chē)鶆虻禺a(chǎn)生，且大體上形成致密結(jié)構(gòu)而無(wú)需具有孔的原料。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在將以粉末狀態(tài)原材料模制的具有缸套形狀的成型材料裝載在模具中的狀態(tài)下，通過(guò)將汽缸體用鑄造熔融金屬注入到模具中，可以制造與具有缸套形狀的成型體一體化的汽缸體。

因此，可以減少汽缸體的制造工序的數(shù)量。

進(jìn)一步地，通過(guò)在熔融金屬溫度下燒結(jié)成型材料，可以制造具有改進(jìn)的耐磨性的汽缸體。

進(jìn)一步地，通過(guò)控制原材料粉末的種類(lèi)和形成成型材料的組成比例，形成比如al2o3和tic的加強(qiáng)相，可以改進(jìn)汽缸體的耐磨性。

本發(fā)明參照附圖和前面的示例性實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是并不限于此，而是由權(quán)利要求限定。在不脫離權(quán)利要求的技術(shù)精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和改進(jìn)。