[发明专利]合金铸铁铸造气缸套工艺

说明书

技术领域

本发明涉及工艺，具体涉及一种合金铸铁铸造气缸套工艺。

背景技术

气缸套作为发动机核心部件，又是发动机中承受高温、高压工况较恶劣的部件，其性能直接影响着整机的大修周期与功率稳定，因此需要气缸套采用性能好、品质优良的材质。合金元素在铸铁材质中对微观组织的作用和宏观表现特性，合金元素在气缸套加工过程中对切削性能的影响、在工作过程中的磨损机理，主要取决于合金铸铁铸造工艺。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种合金铸铁铸造工艺。

利用本发明的一种合金铸铁铸造工艺，制造气缸套能显著的提高缸套的机械性能，尤其是金相组织A型石墨的比例较高，有利于发动机润滑和储油性能，有利于改善发动机尾气排放和延长发动机使用寿命。

1.熔炼工艺

在铸铁熔炼中，决定铸铁材质性能的关键点之一在于碳在铸铁中存在形式，取决于碳在铸铁中的石墨形态与石墨数量。传统工艺方法采用降低铁水中的碳、硅含量来获得较高强度铸铁，但碳当量在亚共晶时又会出现D、E型石墨，增强了白口化趋势，恶化铸铁的机械性能。当前，在铸铁熔炼工艺中，碳的获得方式主要有两种，一种是利用原材料如生铁、废钢等本身所含有的，另一种是通过增碳剂对铁水渗碳获得。其中利用添加生铁、废钢来调整铸铁中碳量的方法简单易行，在机械性能要求不高的场合被普遍采用，但该工艺方法获得的铸铁材质，石墨形态较差，不适宜在耐磨、抗拉、硬度等机械性能要求高的气缸套中采用，根据气缸套高温、高压、高磨损的工况需求，气缸套铸铁材质的碳当量更适宜通过铁水渗碳方式来获得和控制，其优点是石墨形态好，分布均匀，大小合适。

在铸铁熔炼领域，有着一条普遍的观点：高温治百病。在采用冲天炉进行熔炼过程中，要保证达到足够高的铁水温度时间，要着力控制炉内的增碳量，以满足铁水低碳成分的要求。国内冲天炉大多采用冷风送风，铁水熔炼温度受到抑制，焦炭的渗碳量低，铁水中的碳只能通过添加生铁来获得，而生铁加入量越多，材质的性能就会越差，同时低温熔炼时碳的氧化减弱而铁的氧化加重，易造成铁水严重氧化、粘度加大、铁水中夹渣多且不宜排出，生核质点表面的渣化严重，不能起促进异质生核细化晶粒的作用，从而降低铸铁材质性能。而国外冲天炉熔炼都是采用热风送风，有的还加适量的氧，焦炭质量好，铁水熔炼温度高，焦炭在铁水中渗碳率高，铁水中的碳基本都是通过焦炭的碳原子扩散来获得，因此，生铁加入量很少。与国外冲天炉相比，国内冲天炉熔炼存在工艺条件、设备等先天不足。如果用冲天炉熔炼高性能合金铸铁气缸套，必须采用高温熔炼、在炉料中配入大量废钢，同时还应提高焦炭质量、采用热风操作、合理选用焦铁比等。

对于电炉熔炼同样存在碳的获得方式问题，要想获得理想的石墨形态及石墨数量，并非是只用生铁和废钢简单的配料，而在一定程度上是要通过加入渗碳剂来增碳，减少生铁的加入量，从根本上改善石墨的形态，提高合金铸铁的性能。

2.浇注工艺

离心铸造以其组织致密、工效高的特点，特别适合作为规则回转体的气缸套毛坯浇注，因此，已被世界上大约有90％的缸套制造商采用。目前，我国约有5000万只缸套是通过离心铸造工艺来生产的。但是在离心铸造生产合金铸铁气缸套时，由于铸型是金属模具，冷却速度较大，使得组织中容易形成D、E型石墨，导致抗拉强度低、硬度升高，切削性能较差。而高性能合金铸铁气缸套既要有高的强度和硬度，同时还应在较好的切削性能和配副性能。材料组织结构要求均匀分布、形态适中的A型石墨。基体以细片状珠光体较为理想，基体间存在极少的游离渗碳体和磷共晶。

在浇注过程中，铁水冷却速度的快慢会对石墨形态和金相组织产生很大影响，冷却的目的一是保持高的温度梯度，使液体金属的凝固为合理的顺序凝固；二是保护铸型、延长铸型的使用寿命；三是为了获得合格的金相组织。浇注完至水冷必须设置一定间隔时间，让浇注机作空冷状态，为的就是避免一次结晶时出现渗碳体组织，铸件水冷时间见下表：

气缸套毛坯离心铸造水冷时间