DuraBowl大幅提升活塞在恶劣条件下的耐用性

    辉门独特的铝硅合金重熔工艺结合快速冷却工艺，减小硅粒子和金属互化物等硬化相的尺寸，从而显著改变合金的微观结构。因此，活塞燃烧室边缘前几毫米铝材的强度显著提高，使发动机制造商能够缩小发动机尺寸或对发动机进行涡轮增压，从而提升功率输出。
   
    为减少二氧化碳排放、提高燃油经济性，汽车制造商需要尺寸更小，功率输出更高的发动机。辉门公司（Federal-Mogul Corporation）（纳斯达克代码：FDML）开发出一种创新型铝制活塞设计，能可靠地承受大幅增压的发动机产生的机械及热负荷，从而提高柴油发动机的性能。名为DuraBowl的辉门设计通过重熔活塞燃烧室边缘周围的合金强化活塞顶部，并在最需要的地方显著提升铝材的疲劳强度。因此，尽管仍是传统铸造活塞，但发动机寿命延长了4到7倍。

    过去十年间，车用柴油发动机的标准功率输出从50千瓦/升（67bhp/升）提高至约70千瓦/升（94bhp升）。根据辉门动力总成能源产品部高级副总裁Rainer Jueckstock所述，随着二氧化碳减排日益成为大多数全球主要市场的迫切立法目标，该趋势将愈演愈烈。他表示：“提高特定的功率输出会令许多部件承受更高的机械和热负荷，而辉门在这方面拥有广博的专业知识。DuraBowl活塞工艺是一个典范，展示了我们如何成功地提供专业工艺技术，帮助我们的客户在不断扩展的各个市场领域中成功应对这些挑战。”

    柴油发动机中的燃烧在活塞顶部中进行，温度会超过400摄氏度（750华氏度），压力可超过200 帕（200个大气压）。愈加困难的燃烧条件提高了活塞燃烧室边缘的失效系数。经过广泛分析，辉门工程师发现，活塞燃烧室的热失效和机械失效均可追溯至遍布在铝基中的自由原始硅粒子。铝的延展性是硅的八倍，因此每次温度变化均会在活塞内部形成压力。此外，每次气缸点火时，重复机械负荷都可能在硅粒子的角点造成疲劳失效。硅是铝合金的必要成份，拥有膨胀率低、铸造性好等优异特性，因此不能剔除。

    迄今为止，该问题唯一可能的解决方案就是纤维强化活塞。

    辉门活塞及活塞销技术总监Frank Doernenburg表示：“纤维必须在铸造过程中掺入融化的合金，因此纤维强化活塞会提高制造难度。此外，现在还没有一种不具破坏性的可靠方式来测试成品的完整性，但我们可以利用DuraBowl工艺，通过涡流检测确保质量。”

    辉门的解决方案是先制造铸造活塞，再对活塞燃烧室边缘的合金进行重熔处理。Doernenburg表示：“我们解决方案的优势和效率在于该工艺的操作非常简单，产品精密度受关键参数控制，确保质量始终如一。最终成品融合了先进的技术，性能卓越，而且无论与纤维强化活塞还是钢活塞相比都极具成本竞争力。”

    重熔合金的冷却速度是最初铸造时的1000倍，因而能形成更小的硅粒子——体积只有之前的十分之一。冶金学家将此称为微观结构细化，这种技术可用于提高合金强度和耐用性。

    辉门及其客户进行了大量的发动机实验，验证了这种工艺的技术优势和成本效益。Doernenburg总结道：“重熔工艺能够延长活塞寿命，显著增强其性能，并同时提高燃油效率，减少二氧化碳排放。据保守估计，饱受活塞燃烧室边缘失效困扰的铸造活塞的寿命将延长四倍。”最近为一家全球领先的汽车制造商推出的高性能柴油发动机首次采用了DuraBowl工艺。

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