一种柴油机活塞材料、柴油机活塞及其制备方法和锻造模具

技术领域

本发明涉及柴油机活塞锻造领域，具体是一种柴油机活塞材料、柴油机活塞及其制备方法和锻造模具。

背景技术

船舶运输成本远低于汽车、火车与飞机，在世界贸易全球化的进程中，航运得到了快速的发展，船舶的使用量也大大地增加，据统计，全球75％的贸易都是通过船舶航运来完成的。柴油机的经济性好、可靠性高、使用寿命长，因此被广泛的应用在船舶上。

活塞及活塞环组件是柴油机的核心部件也是工作条件最恶劣的构件之一，起着支撑活塞、传递燃烧热量、控制润滑油分布、密封燃烧室内气体的作用。由于活塞的重要性，无论是设计阶段的优劣，还是加工时精度的高低对柴油机的经济性、可靠性、检修周期和使用寿命都有直接的影响。

目前大缸径船舶用柴油机从低功率和低转速向高功率和中高转速方向发展，柴油机使用过程中容易出现的活塞裙部拉缸、销孔及外圆表面异常磨损等失效情况。

发明专利《一种客机铝合金活塞座精密锻造成形方法》(专利号202310012597.0)提出了一种客机铝合金活塞座精密锻造成形方法。该专利都提出了铝合金锻造工艺方法。但是仍然存在以下问题无法解决：

1)4032铝合金，属于变形铝中的可热处理的铝合金，是硅铝系共晶系合金，合金的主要成分为Al、Si、Cu、Mg、Ni、Zn、Cr、Mn、Fe等合金元素，如表1所示：

表1 4032铝合金主要化学成分(wt％)

4032铝合金虽然具有优良的综合力学性能、铸造性能和机加性能，但其线膨胀系数相对较高、体积稳定性较差等严重影响活塞在高功率和中高转速大缸径船舶柴油机中的应用，易产生活塞“拉缸”现象，甚至还会伴有漏油、泄气的现象。

2)目前国内锻压活塞所用材料是4032铝合金，铝合金锻造温度范围窄，导热性好，在锻造过程中与模具直接接触的锻件表面温度降低过快，导致铝合金塑性降低，变形抗力增大，充型不好，变形温度范围小，成形比较困难，需要更大的打击力才能成型，这就容易造成锻件开裂，而且当毛坯与模具之间的温差过大时，毛坯表面温度迅速降低，在锻造过程中会形成较厚的粗晶层，并且在随后的热处理中不能消除，成为粗晶缺陷，降低锻件性能。需要根据现有活塞使用条件及发展趋势，进一步优化调整控制锻造模具及锻造工艺，以期获得优越的组织和性能。

3)目前高功率和中高转速大缸径船舶用活塞裙部直径普遍较大，一般情况下直径≥170mm，且该大缸径船舶用活塞裙部销座部分厚大，而裙部又相对较薄，沿中心线方向看，截面变化大，不易充满成型；销座底端圆弧较小(R≤3mm)，也不利于充型，活塞端口的裙部也存在着应力集中。在现有锻造工艺和方法不变的情况下，变形过程中铝合金的流动性能差，在模锻成型时金属很难充满型槽，且容易形成折叠缺陷，铝合金的粘附性较大，铝合金在锻造过程中发生大变形时，工件容易粘结在模具上，造成脱模困难，脱模后锻件容易起皮，甚至产生翘曲，同时还会加大模具的磨损。

4)活塞销座内壁的拔模斜度较小，不利于金属的流动，并且随着金属的向下、向上及四周流动，模具与金属的接触面积持续的增加，摩擦阻力也持续的增大，金属的流动阻力就会增加，因此每个阶梯又呈上升的趋势，最后活塞完全成形时凸模受力达到最大值，同时活塞销座底部和活塞内部底面的曲面的衔接度也不够圆滑，阻碍了金属的流动，造成活塞内部底面圆弧纹路差，产生细小裂纹。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种柴油机活塞材料、柴油机活塞及其制备方法和锻造模具，本发明提供的制备方法以所述柴油机活塞材料为原料能够制备得到力学性能好和体积稳定性高的柴油机活塞。

本发明提供了一种柴油机活塞材料，包括以下组分：

Si：14.1～18.3wt％；Ni：1.6～3.2wt％；Fe：0.8～1.6wt％；Mg：0.3～0.6wt％；Cr：0.01～0.05wt％；Zn：0.06～0.3wt％；Ti：0.02～0.2wt％；Zr：0.07～0.2wt％；V：0.1～0.18wt％；Al：余量。

在本发明的一个实施例中，所述柴油机活塞材料包括以下组分：

Si：14.3wt％；Ni：2.8wt％；Fe：1.4wt％；Mg：0.3wt％；Cr：0.02wt％；Zn：0.09wt％；Ti：0.11wt％；Zr：0.07wt％；V：0.13wt％；Al：余量。

在本发明的另一个实施例中，所述柴油机活塞材料包括以下组分：

Si：16.2wt％；Ni：2.4wt％；Fe：1.2wt％；Mg：0.45wt％；Cr：0.03wt％；Zn：0.11wt％；Ti：0.15wt％；Zr：0.11wt％；V：0.1wt％；Al：余量；

在本发明的另一个实施例中，所述柴油机活塞材料包括以下组分：

Si：17.9wt％；Ni：1.6wt％；Fe：0.8wt％；Mg：0.6wt％；Cr：0.04wt％；Zn：0.3wt％；Ti：0.2wt％；Zr：0.18wt％；V：0.15wt％；Al：余量。

本发明所述柴油机活塞材料中，Fe和Ni元素主要以合金相Al

本发明提供的柴油机活塞材料为新型过共晶铝硅合金材料，将其应用于柴油机活塞的制备中，能够降低线膨胀系数，提高活塞体积稳定性，减小活塞在工作中的热变形量。

本发明还提供了一种柴油机活塞的制备方法，包括以下步骤：

将柴油机活塞毛坯在锻造模具中进行锻造成型，热处理，得到柴油机活塞。

本发明所述柴油机活塞毛坯由上述的柴油机活塞材料构成。在本发明的某些实施例中，本发明所述柴油机活塞毛坯的上部分为椭圆柱，下部分为定位圆台，所述定位圆台的下表面与所述锻造模具的下镶块定位圆锥面一致，由上述的柴油机活塞材料制成的棒坯料镦粗成型后得到，所述棒坯料的粗糙度为12.5μm以下。

为了使材料内部均匀受热，消除因受热产生的应力，同时使材料组织均匀，本发明所述棒坯料在镦粗成型之前需要加热至480～520℃，优选加热至480～500℃，保温5h以上。在本发明的某些实施例中，本发明将加热保温后的棒坯料在镦粗模具中采用两锤成型的方法进行镦粗成型，首先383～426米/分钟的速度进行第一锤镦粗，以502～534米/分钟的速度进行第二锤镦粗，得到柴油机活塞毛坯。本发明所述镦粗成型的镦粗比为1.2～2.2，镦粗变形量0.1～0.2。本发明所述镦粗成型后得到的柴油机活塞毛坯的温度为460～500℃。本发明所述镦粗模具设置有定位圆柱凸台，用于将棒坯料镦粗成型为本发明所述柴油机活塞毛坯的形状，有利于在下一个成型工序的定位，使模具冲头和毛坯料保持良好同轴度，提高活塞内腔与裙部的同轴度。

本发明首先将上述柴油机活塞毛坯在锻造模具中进行锻造成型。本发明所述柴油机活塞毛坯在进行锻造成型前的温度为460～500℃。在本发明的某些实施例中，本发明将上述镦粗成型后得到的柴油机活塞毛坯在20s以内置于锻造模具中，以594～621米/分钟的速度进行第一锤锻造，以784～819米/分钟的速度进行第二锤锻造，所述柴油机活塞毛坯在0.28～0.69s

本发明所述锻造成型的温度为182～253℃；具体而言，即将上述柴油机活塞毛坯在温度为182～253℃的锻造模具中进行锻造成型。本发明所述柴油机活塞毛坯的活塞裙部的厚度较厚一边的锻造成型温度比厚度较薄一边的锻造成型温度高10～20℃；具体而言，即所述锻造模具中对应柴油机活塞毛坯的活塞裙部的厚度较厚一边的模具部位的温度比厚度较薄一边的模具部位的温度高10～20℃。本发明所述柴油机活塞毛坯的活塞裙部的锻造成型温度比活塞顶部的锻造成型温度高40～60℃；具体而言，即所述锻造模具中对应柴油机活塞毛坯的活塞裙部的模具部位的温度比对应柴油机活塞毛坯的活塞顶部的模具部位的温度高40～60℃。

在本发明的某些实施例中，在锻造成型前，本发明将锻造模具预热至182～253℃，并使得模具中对应柴油机活塞毛坯的活塞裙部的厚度较厚一边的温度比厚度较薄一边的温度高10～20℃，以及使得模具中对应柴油机活塞毛坯的活塞裙部的锻造成型温度比活塞顶部的锻造成型温度高40～60℃。本发明在整个锻造成型过程中使柴油机活塞毛坯的其它部位温度保持基本恒定，所设置的活塞裙部厚薄两边之间的锻造成型温度差和活塞裙部和活塞顶部之间的锻造成型温度差提高了活塞裙部和活塞顶部的流动性，促进了充型，从而减少了粗晶缺陷，提高了最终所得柴油机活塞的力学性能。

本发明将上述柴油机活塞毛坯在锻造模具中进行锻造成型后，进行热处理，得到柴油机活塞。具体而言，本发明将锻造成型后的毛坯进行固溶处理和人工时效，得到柴油机活塞。本发明所述固溶处理具体为：升温至475～485℃，升温时间1.5～3h，保温时间0.5～1h；再升温至505～525℃，升温时间0.5～1h，保温时间3～4h；在25s以内进行水冷5～15min。本发明所述人工时效具体为：升温至175～185℃，升温时间1～3h，保温时间7～8h。

本发明提供了一种柴油机活塞，其由上述的制备方法制得。本发明提供的柴油机活塞包括活塞裙部和活塞顶部。本发明提供的柴油机活塞的活塞裙部以活塞中轴线为基准的两边具有不对称结构，活塞裙部的销座一边的厚度较厚，另一边的厚度较薄。本发明提供的柴油机活塞的活塞顶部为喇叭形活塞顶部；所述喇叭形活塞顶部和所述柴油机活塞的活塞裙部的面积比为(0.35～0.55)：1。

本发明还提供了一种应用于上述柴油机活塞的制备方法的锻造模具，包括模具本体和设置在所述模具本体中的加热线圈；所述加热线圈用于加热柴油机活塞毛坯的活塞裙部的厚薄两边和柴油机活塞毛坯的活塞顶部。具体而言，本发明所述锻造模具，包括：冲头、顶杆、上镶块、下镶块和设置在所述下镶块中的呈圆周均匀分布的加热线圈。如图2所示，图2为本发明所述锻造模具的正面截面图，图2中所述锻造模具包括顶杆、上镶块1、下镶块2、下垫子3、顶杆4、冲头5、设置在所述下镶块中的呈圆周均匀分布的加热线圈201和设置在加热线圈201上的隔热板202，所述下垫子3设置在顶杆4之上；图2中还包括置于锻造模具中的柴油机活塞毛坯6，所述柴油机活塞毛坯6具有活塞裙部601和活塞顶部602。需要注意的是，图2中所示的柴油机活塞毛坯6已经过冲头5成型锻造并初具最终所得活塞零件的结构，其俯视剖面图如图3所示，图3为本发明所述柴油机活塞毛坯6的俯视剖面图，由图3可以看到其活塞裙部601和活塞顶部602，603和604为处于活塞裙部601对称厚薄两边的活塞销座，可以看到本发明所述柴油机活塞毛坯6的活塞裙部的销座一边的厚度较厚，另一边的厚度较薄，因此最终所得的活塞的活塞裙部以活塞中轴线为基准的两边具有不对称结构。

本发明所述锻造模具的下镶块具有用于形成本发明所述柴油机活塞的空腔，所述下镶块上部对应柴油机活塞毛坯的活塞裙部和活塞顶部。本发明所述锻造模具的加热线圈用于加热柴油机活塞毛坯的活塞裙部的厚薄两边和柴油机活塞毛坯的活塞顶部；具体而言，本发明所述加热线圈对所述下镶块上部进行加热，将下镶块上部模具预热至182～253℃，下镶块上部对应活塞裙部的销座厚边的温度高于薄边的温度10～20℃，并在整个锻造成型过程中使坯料它部位温度保持基本恒定，使活塞裙部的温度高于活塞顶部的温度40～60℃，提高了活塞裙部流动性。

进一步地，由于本发明提供的柴油机活塞具有不对称结构，因此本发明所述锻造模具的冲头同样具有不对称结构，在活塞端口的裙部存在应力集中，如图4所述，图4为本发明所述活塞冲头的结构示意图。为此，本发明在所述下镶块上部对应柴油机活塞毛坯的活塞裙部最上端设置了圆弧半径R≥10mm的大圆弧，同时根据活塞销座厚薄设置了不同深度的左飞边槽和右飞边槽(飞边槽非对称设计)，其中所述左飞边槽设置在活塞裙部的厚度较厚一边，所述右飞边槽设置在活塞裙部的厚度较薄一边，提高了锻造活塞裙部飞边的流动性。如图5所示，图5为本发明所述锻造模具的侧面截面图，由图5可知，本发明所述锻造模具的下镶块2包括活塞毛坯左飞边槽203、活塞毛坯右飞边槽204和与活塞毛坯左飞边槽203相接的圆弧半径R≥10的大圆弧205；其它标号和图2一样，不再赘述。

更进一步地，本发明所述锻造模具的下镶块上部具有喇叭形凹陷，如图6所示，图6为本发明所述锻造模具生产的活塞毛坯实物图，其喇叭形凹陷用于使得柴油机活塞毛坯形成喇叭形活塞顶部，得到具有喇叭形活塞顶部的柴油机活塞，并使得所形成的喇叭形活塞顶部和活塞裙部的面积比为0.35～0.55：1；所述喇叭形活塞凹陷的最大直径大于等于所述锻造模具的冲头最大直径；所述喇叭形活塞凹陷的最上部为与柴油机活塞毛坯的定位圆锥相一致的定位圆锥面。另外，本发明所述锻造模具的下镶块上部设置有环形挤出槽，所述环形挤出槽上设置有3个排气槽。如图7所示，图7为本发明所述锻造模具的下镶块2和柴油机活塞毛坯6的细节截面图，图7中可以看到活塞顶部603，“+”覆盖的区域代表活塞毛坯6的整个喇叭形活塞顶部603的面积，图7中长虚线纵横覆盖的区域代表活塞毛坯6的整个活塞裙部的面积；图7中的207代表挤出槽207；208所指实线的平面代表镦粗毛坯定位圆锥面；209代表设置在下镶块中的3个排气孔。

另外，如图8所示，图8为活塞销座内壁的拔模斜度示意图，由图8的冲头5可以看到活塞销座的拔模斜度较小。上述喇叭形活塞顶部603和3个排气孔提高了合金金属的流动，使得活塞内腔成型质量高，没有裂纹卷皮等缺陷，解决了活塞销座内壁的拔模斜度较小导致的金属流动受阻的问题。

本发明提供了一种柴油机活塞材料、柴油机活塞及其制备方法和锻造模具。本发明提供的柴油机活塞材料包括以下组分：Si：14.1～18.3wt％；Ni：1.6～3.2wt％；Fe：0.8～1.6wt％；Mg：0.3～0.6wt％；Cr：0.01～0.05wt％；Zn：0.06～0.3wt％；Ti：0.02～0.2wt％；Zr：0.07～0.2wt％；V：0.1～0.18wt％；Al：余量。本发明提供的柴油机活塞材料应用于柴油机活塞的制备中，在锻造过程中锻件部位保持分层温度，提高了柴油机活塞材料的变形能力和成型性能，降低了线膨胀系数，提高了活塞体积稳定性，减小了活塞在工作中的热变形量，保证了活塞质量均匀稳定可靠，提升了高功率和中高转速大缸径船舶活塞使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述柴油机活塞材料的合金电镜组织图；

图2为本发明所述锻造模具的正面截面图；

图3为本发明所述柴油机活塞毛坯6的俯视剖面图；

图4为本发明所述活塞冲头的结构示意图；

图5为本发明所述锻造模具的侧面截面图；

图6为本发明所述锻造模具生产的活塞毛坯实物图；

图7为本发明所述锻造模具的下镶块2和柴油机活塞毛坯6的细节截面图；

图8为活塞销座内壁的拔模斜度示意图；

图9本发明所用的镦粗模具的结构图；

图10为本发明所述棒坯料镦粗成型得到柴油机活塞毛坯的流程示意图；

图11为本发明最终所得柴油机活塞的合金锻造金相图。

具体实施方式

本发明公开了一种柴油机活塞材料、柴油机活塞及其制备方法和锻造模具。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明首先将棒坯料进行锻前准备得到棒坯料后，将棒坯料采用镦粗模具进行镦粗成型得到柴油机活塞毛坯，然后将所得柴油机活塞毛坯放入事先已经固定好的锻造模具的下镶块中，并且所述下镶块也已经事先加热好，再进行活塞成型和热处理工艺，得到本发明所述的柴油机活塞。

本发明所用的镦粗模具如图9所示，图9本发明所用的镦粗模具的结构图，由图9可知本发明所述镦粗模具包括上镦粗模7、下镦粗模8和设置在下镦粗模8上的定位圆柱凸台9。本发明所述棒坯料的外形为圆柱体，本发明将所述棒坯料置于定位圆柱凸台的定位圆柱凸台9上，用上镦粗模7对所述棒坯料进行两锤成型，得到柴油机活塞毛坯。如图10所示，图10为本发明所述棒坯料镦粗成型得到柴油机活塞毛坯的流程示意图。

本发明所采用的锻造模具和上述一样，不再赘述。

采用本发明所述柴油机活塞材料制成的棒坯料进行柴油机活塞的制备，具体成分如表2所示：

表2活塞材料制成坯料成分(wt％)

各实施例和对比例采用的棒坯料的实际活塞材料成分如表3所示：

表3实施例和对比例活塞材料制成坯料成分(wt％)

以下结合实施例对本发明进行进一步阐述：

实施例1

按照以下锻造成型工艺步骤进行柴油机活塞的制备：

1)锻前准备：按一定比例下料，棒料大小为φ130×242mm，车光棒坯料端面，粗糙度为≤12.5μm，得到棒坯料；

2)坯料加热：将步骤1)中所得的棒坯料锻前加热，应在箱式电炉内进行，当加热至该种产品温度515℃，为了使材料内部均匀受热，消除因受热产生的应力，同时使材料组织均匀，保温5.5h；

3)模具固定：将冲头固定于上镶块，同时将上镶块固定于电动螺旋压力机上。将下镶块固定于下锻模定位槽内；

4)下镶块加热：加热线圈对下镶块上部进行加热，将下镶块上部模具预热至245℃，镶块上部模具活塞裙部较厚一边的温度保持高于较薄一边的温度18℃，并在整个锻造成型过程中使坯料它部位温度保持基本恒定，使活塞裙部的温度高于活塞顶部的温度55℃，提高活塞裙部流动性；

5)镦粗成形：当步骤2)中的棒坯料保温至保温时间后515℃，将所述棒坯料放入镦粗模具中，电动螺旋压力机进行镦粗成形，两锤成型，第一锤速度为400米/分钟，第二锤速度为520米/分钟；镦粗比为1.6，镦粗变形量0.15，镦粗后温度为497℃；所述镦粗模具设计有一个定位圆柱凸台，用于解决现有产品存在毛坯同轴度差问题，具体和上述一样，不再赘述。镦粗后的坯料即为本发明所述的柴油机活塞毛坯，形状为上部分为椭圆柱，下部分与所述锻造模具的下镶块定位圆锥面一致的定位圆锥，具体和上述一样，不再赘述。

6)活塞成型：在≤20s时间内，将镦粗后所得的柴油机活塞毛坯放入下镶块模具中的定位圆锥面，其中电动螺旋压力机进行成型锻造，两锤成型，第一锤速度为600米/分钟，第二锤速度为800米/分钟；锻件在较低的应变速率0.48s

7)在锻造过程中，每锻完一件，再从炉膛内钩出一件坯料，不允许一次钩出多件坯料。每锻20件后对锻件进行一次检查，发现异常及时调整。每锻完一件，对模膛型腔喷洒石墨和机油的混合润滑液一次；

8)铝活塞锻造毛坯要进行打磨，用风动砂轮机对毛坯内腔及周边进行打磨，框内堆冷；

热处理工艺：

9)固溶处理：升温至480℃，升温时间2.5h，保温时间0.7h；升温至520℃，升温时间0.8h，保温时间3.5h；从炉内转移至水中时间≤25s，水冷时间10min；

10)人工时效：升温至180℃，升温时间2h，保温时间7.5h，得到本发明所述的柴油机活塞，如图11所示，图11为本发明最终所得柴油机活塞的合金锻造金相图。

实施例2

按照以下锻造成型工艺步骤进行柴油机活塞的制备：

1)锻前准备：按一定比例下料，棒料大小为φ130×232mm，车光棒坯料端面，粗糙度为≤12.5μm；

2)坯料加热：将步骤1)中所得的棒坯料锻前加热，应在箱式电炉内进行，当加热至该种产品温度500℃，为了使材料内部均匀受热，消除因受热产生的应力，同时使材料组织均匀，保温6.0h；

3)模具固定：将冲头固定于上镶块，同时将上镶块固定于电动螺旋压力机上。将下镶块固定于下锻模定位槽内；

4)下镶块加热：加热线圈对下镶块上部进行加热，将下镶块上部模具预热至212℃，镶块上部模具活塞裙部厚薄两边保持温度差15℃，并在整个锻造成型过程中使坯料它部位温度保持基本恒定，使活塞裙部和活塞顶部之间存在50℃温度差，提高活塞裙部流动性；

5)镦粗成形：当步骤2)中的棒坯料保温至保温时间后500℃，将所述棒坯料放入镦粗模具中，电动螺旋压力机进行镦粗成形，两锤成型，第一锤速度为405米/分钟，第二锤速度为514米/分钟；镦粗比为1.9，镦粗变形量0.18，镦粗后温度为484℃；所述镦粗模具设计有一个定位圆柱凸台，用于解决现有产品存在毛坯同轴度差问题，具体和上述一样，不再赘述。镦粗后的坯料即为本发明所述的柴油机活塞毛坯，形状为上部分为椭圆柱，下部分与所述锻造模具的下镶块定位圆锥面一致的定位圆锥，具体和上述一样，不再赘述。

6)活塞成型：在≤20s时间内，将镦粗后所得的柴油机活塞毛坯放入下镶块模具中的定位圆锥面，其中电动螺旋压力机进行成型锻造，两锤成型，第一锤速度为613米/分钟，第二锤速度为786米/分钟；锻件在较低的应变速率0.64s

7)在锻造过程中，每锻完一件，再从炉膛内钩出一件坯料，不允许一次钩出多件坯料。每锻20件后对锻件进行一次检查，发现异常及时调整。每锻完一件，对模膛型腔喷洒石墨和机油的混合润滑液一次；

8)铝活塞锻造毛坯要进行打磨，用风动砂轮机对毛坯内腔及周边进行打磨，框内堆冷；

热处理工艺：

9)固溶处理：升温至485℃，升温时间3h，保温时间1h；升温至525℃，升温时间1h，保温时间4h；从炉内转移至水中时间≤25s，水冷时间15min；

10)人工时效：升温至185℃，升温时间3h，保温时间8h，得到本发明所述的柴油机活塞。

实施例3

按照以下锻造成型工艺步骤进行柴油机活塞的制备：

1)锻前准备：按一定比例下料，棒料大小为φ130×252mm，车光棒坯料端面，粗糙度为≤12.5μm；

2)坯料加热：将步骤1)中所得的棒坯料锻前加热，应在箱式电炉内进行，当加热至该种产品温度520℃，为了使材料内部均匀受热，消除因受热产生的应力，同时使材料组织均匀，保温6.5h；

3)模具固定：将冲头固定于上镶块，同时将上镶块固定于电动螺旋压力机上。将下镶块固定于下锻模定位槽内；

4)下镶块加热：加热线圈对下镶块上部进行加热，将下镶块上部模具预热至183℃，镶块上部模具活塞裙部厚薄两边保持温度差11℃，并在整个锻造成型过程中使坯料它部位温度保持基本恒定，使活塞裙部和活塞顶部之间存在42℃温度差，提高活塞裙部流动性；

5)镦粗成形：当步骤2)中的棒坯料保温至保温时间后520℃，将所述棒坯料放入镦粗模具中，电动螺旋压力机进行镦粗成形，两锤成型，第一锤速度为425米/分钟，第二锤速度为532米/分钟；镦粗比为1.3，镦粗变形量0.12，镦粗后温度为503℃；所述镦粗模具设计有一个定位圆柱凸台，用于解决现有产品存在毛坯同轴度差问题，具体和上述一样，不再赘述。镦粗后的坯料即为本发明所述的柴油机活塞毛坯，形状为上部分为椭圆柱，下部分与所述锻造模具的下镶块定位圆锥面一致的定位圆锥，具体和上述一样，不再赘述。

6)活塞成型：在≤20s时间内，将镦粗后所得的柴油机活塞毛坯放入下镶块模具中的定位圆锥面，其中电动螺旋压力机进行成型锻造，两锤成型，第一锤速度为620米/分钟，第二锤速度为819米/分钟；锻件在较低的应变速率0.29s

7)在锻造过程中，每锻完一件，再从炉膛内钩出一件坯料，不允许一次钩出多件坯料。每锻20件后对锻件进行一次检查，发现异常及时调整。每锻完一件，对模膛型腔喷洒石墨和机油的混合润滑液一次；

8)铝活塞锻造毛坯要进行打磨，用风动砂轮机对毛坯内腔及周边进行打磨，框内堆冷；

热处理工艺：

9)固溶处理：升温至475℃，升温时间1.5h，保温时间0.5h；升温至505℃，升温时间0.5h，保温时间3h；从炉内转移至水中时间≤25s，水冷时间5min；

10)人工时效：升温至175℃，升温时间1h，保温时间7h，得到本发明所述的柴油机活塞。

对比例1

按照以下锻造成型工艺步骤进行柴油机活塞的制备：

1)锻前准备：按一定比例下料，锻造棒料采用4032合金，棒料大小为φ130×232mm，车光棒坯料端面，粗糙度为≤12.5μm；

2)坯料加热：将步骤1)中所得的棒坯料锻前加热，应在箱式电炉内进行，当加热至该种产品温度500℃，为了使材料内部均匀受热，消除因受热产生的应力，同时使材料组织均匀，保温6.0h；

3)模具固定：将冲头固定于上镶块，同时将上镶块固定于电动螺旋压力机上。将下镶块固定于下锻模定位槽内；

4)下镶块加热：加热线圈对下镶块上部进行加热，将下镶块上部模具预热至212℃，镶块上部模具活塞裙部厚薄两边保持温度差15℃，并在整个锻造成型过程中使坯料它部位温度保持基本恒定，使活塞裙部和活塞顶部之间存在50℃温度差，提高活塞裙部流动性；

5)镦粗成形：当步骤2)中的棒坯料保温至保温时间后500℃，将所述棒坯料放入镦粗模具中，电动螺旋压力机进行镦粗成形，两锤成型，第一锤速度为405米/分钟，第二锤速度为514米/分钟；镦粗比为1.9，镦粗变形量0.18，镦粗后温度为484℃；所述镦粗模具设计有一个定位圆柱凸台，用于解决现有产品存在毛坯同轴度差问题，具体和上述一样，不再赘述。镦粗后的坯料即为本发明所述的柴油机活塞毛坯，形状为上部分为椭圆柱，下部分与所述锻造模具的下镶块定位圆锥面一致的定位圆锥，具体和上述一样，不再赘述。

6)活塞成型：在≤20s时间内，将镦粗后所得的柴油机活塞毛坯放入下镶块模具中的定位圆锥面，其中电动螺旋压力机进行成型锻造，两锤成型，第一锤速度为613米/分钟，第二锤速度为786米/分钟；锻件在较低的应变速率0.64s

7)在锻造过程中，每锻完一件，再从炉膛内钩出一件坯料，不允许一次钩出多件坯料。每锻20件后对锻件进行一次检查，发现异常及时调整。每锻完一件，对模膛型腔喷洒石墨和机油的混合润滑液一次；

8)铝活塞锻造毛坯要进行打磨，用风动砂轮机对毛坯内腔及周边进行打磨，框内堆冷；

热处理工艺：

9)固溶处理：升温至485℃，升温时间3h，保温时间1h；升温至525℃，升温时间1h，保温时间4h；从炉内转移至水中时间≤25s，水冷时间15min；

10)人工时效：升温至185℃，升温时间3h，保温时间8h，得到本发明所述的柴油机活塞。

对比例2

按照以下锻造成型工艺步骤进行柴油机活塞的制备：

1)锻前准备：按一定比例下料，棒料大小为φ130×232mm，车光棒坯料端面，粗糙度为≤12.5μm；

2)坯料加热：将步骤1)中所得的棒坯料锻前加热，应在箱式电炉内进行，当加热至该种产品温度500℃，为了使材料内部均匀受热，消除因受热产生的应力，同时使材料组织均匀，保温6.0h；

3)模具固定：将冲头固定于上镶块，同时将上镶块固定于电动螺旋压力机上。将下镶块固定于下锻模定位槽内；

4)镦粗成形：当步骤2)中的棒坯料保温至保温时间后500℃，将所述棒坯料放入镦粗模具中，电动螺旋压力机进行镦粗成形，两锤成型，第一锤速度为405米/分钟，第二锤速度为514米/分钟；镦粗比为1.9，镦粗变形量0.18，镦粗后温度为484℃；所述镦粗模具设计有一个定位圆柱凸台，用于解决现有产品存在毛坯同轴度差问题，具体和上述一样，不再赘述。镦粗后的坯料即为本发明所述的柴油机活塞毛坯，形状为上部分为椭圆柱，下部分与所述锻造模具的下镶块定位圆锥面一致的定位圆锥，具体和上述一样，不再赘述。

5)活塞成型：在≤20s时间内，将镦粗后所得的柴油机活塞毛坯放入下镶块模具中的定位圆锥面，其中电动螺旋压力机进行成型锻造，两锤成型，第一锤速度为613米/分钟，第二锤速度为786米/分钟；锻件在较低的应变速率0.64s

6)在锻造过程中，每锻完一件，再从炉膛内钩出一件坯料，不允许一次钩出多件坯料。每锻20件后对锻件进行一次检查，发现异常及时调整。每锻完一件，对模膛型腔喷洒石墨和机油的混合润滑液一次；

7)铝活塞锻造毛坯要进行打磨，用风动砂轮机对毛坯内腔及周边进行打磨，框内堆冷；

热处理工艺：

8)固溶处理：升温至485℃，升温时间3h，保温时间1h；升温至525℃，升温时间1h，保温时间4h；从炉内转移至水中时间≤25s，水冷时间15min；

9)人工时效：升温至185℃，升温时间3h，保温时间8h，得到本发明所述的柴油机活塞。

对上述制备得到的柴油机活塞进行活塞性能测试和活塞体积稳定性测试，其中活塞性能测试如表4所示，活塞体积稳定性测试如表5所示：

表4实施例和对比例性能结果对比

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表5实施例和对比例活塞体积稳定性测试对比

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。