CN102366827A

CN102366827A - 一种镁合金汽车发动机气缸罩盖的挤压铸造方法

Info

Publication number: CN102366827A
Application number: CN2011103062608A
Authority: CN
Inventors: 陈伟军
Original assignee: 陈伟军
Current assignee: Haian Huada Petroleum Devices Co., Ltd.
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: CN102366827B

Abstract

本发明公开了一种镁合金汽车发动机气缸罩盖的挤压铸造方法，该方法包括配料、熔炼、准备模具、挤压铸造、热处理五个步骤。本发明采用挤压铸造工艺，通过优化镁合金成分设计，优化熔炼和挤压铸造的工艺参数以及热处理制度，使得制造而成的汽车发动机气缸罩盖具有更高的抗拉强度，更高的屈服强度和硬度。该方法能提高毛坯精度，减少加工余量，实现资源和能源的低消耗，促使经济效益的提高。

Description

一种镁合金汽车发动机气缸罩盖的挤压铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造领域，特别涉及挤压铸造领域。

背景技术

为了节能降耗、减少废气排放、提高驾乘舒适度和车辆力学性能，现在汽车正在向轻量化方向发展。从结构材料的角度出发，实现车辆轻量化的主要手段是采用具有高比性能的轻质材料代替传统材料。镁合金是最轻的金属结构材料，具有价格低、高比性能(比强度和比刚度)、突出的阻尼减振性能等特点。将镁合金用于汽车结构，能降低车辆自重及燃油消耗，降低车辆的振动和噪声，提高车辆的加减速动力学特性，既能达到节能环保的目的，又能较显著改善车辆的驾乘舒适度。现在镁合金在汽车上的应用，主要是采用铸造或压铸生产的一些在较低工作温度下运行的壳体型零件，如手动变速器壳和盖、离合器壳等和车内部件，如方向盘系统、仪表面板等中低强度力学性能要求零件。

汽车发动机气缸罩盖目前多数采用铝合金压力铸造方法生产，少数采用铝合金砂型铸造、重力铸造和低压铸造生产，采用这些传统的工艺制造出的汽车发动机气缸罩盖在外观呈现冷隔、凹陷、裂纹等不同程度的缺陷，而在内部往往会出现气孔、缩孔、针孔等致命的缺陷，从而严重影响了产品的性能，阻碍了汽车轻量化、环保化的发展。对于目前商用的铸造镁合金，如果采用传统的重力或压力铸造的生产工艺，其力学性能还难以稳定地达到同类铝合金产品的水平。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种镁合金汽车发动机气缸罩盖的挤压铸造方法，通过调整镁合金成分并控制挤压铸造工艺参数，使得镁合金汽车发动机气缸罩盖则完全可以达到同类铝合金铸件的水平。

为实现这一目的，本发明采用的技术方案为：

一种镁合金汽车发动机气缸罩盖的挤压铸造方法，包括如下步骤：

1)配料：镁合金材料组分的重量百分比为：6～8％Al，0.17～0.4％Mn，0.45～0.9％Zn，0.8～1.2％RE，1.5～2.5％Ti，Si＜0.05％，Cu＜0.025，Ni＜0.001％，Fe＜0.004％，其余为Mg。

2)熔炼：将配制好的镁合金材料在烘箱中预热至170～190℃，同时将坩埚熔化炉升温，在坩埚底部撒上一层覆盖剂，将经预热的镁合金材料加入熔化炉内，继续加热升温，待炉内温度上升到350℃时，开始通入保护气体防止镁合金燃烧，保护气体流量为坩埚封闭容积的15～20％/min。待镁合金完全熔化后，继续升温到745～755℃，加入镁合金液总量的0.1～1wt％变质剂进行变质细化处理，处理时间5～10min，然后升温至760～765℃，加入占镁合金液总量的1.5～2.5wt％的精炼剂进行精炼处理，精炼时间为5～10min，精炼完成后，去除渣，合金液表面不再撒任何覆盖剂或精炼剂，完全由保护气体覆盖，合金液静置并降温至浇注温度685～695℃等待浇注。

3)准备模具：将模具固定在挤压铸造机上，模具采用油路加热方式，首先预热至220～240℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层保温涂料和脱模剂，涂层厚度为15～18微米，继续烘烤模具，使涂料粘附牢固，并使模具预热温度提高至380～400℃。

4)挤压铸造：采用定量浇注泵从熔化炉向挤压铸造机加料室输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力为40～50MPa，保压时间14～18s，冲头挤压速度150～180mm/s，完成镁合金汽车发动机气缸罩盖的铸造过程，获得铸件毛坯。

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至430～435℃，保温6～8小时出炉空冷；再进行155～160℃×6小时的时效处理，得到镁合金汽车发动机气缸罩盖。

本发明所述的保护气体可以采用含有0.1～1vol.％的阻燃抑制剂的混合干燥空气，所述阻燃抑制剂为惰性气体SF6或含氟制冷剂R152a、R32、或者R134a。本发明所述变质剂可以为Al-4Ti-5B或Al-5Ti-1B，以中间合金形式加入，也可以采用无水MgCO3或无水C2C16等试剂。

本发明方法具有如下有益效果：

1.本发明用挤压铸造工艺制造而成的镁合金汽车发动机气缸罩盖，能提高毛坯精度，减少加工余量，实现资源和能源的低消耗，促使经济效益的提高。

2.与现有技术相比，本发明通过优化镁合金成分设计，使其更适于挤压铸造生产工艺，使得所制备的镁合金汽车发动机气缸罩盖综合性能好

3.在大量实验的基础上，优化了熔炼和挤压铸造的工艺参数，使得合金在充分的压力下结晶成型，不会在制品内形成气孔，缩孔及针孔等缺陷，因而其组织致密均匀，晶粒较细；

4.优化了热处理制度，通过热处理后，产品的性能得到了进一步强化，具有更高的抗拉强度，更高的屈服强度和硬度。

下面通过实施例进一步说明本发明的优势。

具体实施方式

实施例一

1)配料：镁合金材料组分的重量百分比为：6％Al，0.4％Mn，0.45％Zn，1.2％RE，1.5％Ti，Si＜0.05％，Cu＜0.025，Ni＜0.001％，Fe＜0.004％，其余为Mg。

2)熔炼：将配制好的镁合金材料在烘箱中预热至170℃，同时将坩埚熔化炉升温，在坩埚底部撒上一层覆盖剂，将经预热的镁合金材料加入熔化炉内，继续加热升温，待炉内温度上升到350℃时，开始通入含有1vol.％SF6的混合干燥空气，保护气体流量为坩埚封闭容积的15％/min。待镁合金完全熔化后，继续升温到755℃，加入镁合金液总量的0.1wt％的Al-4Ti-5B变质剂进行变质细化处理，处理时间10min，然后升温至760℃，加入占镁合金液总量的2.5wt％的精炼剂进行精炼处理，精炼时间为5min，精炼完成后，去除渣，合金液表面不再撒任何覆盖剂或精炼剂，完全由保护气体覆盖，合金液静置并降温至浇注温度695℃等待浇注。

3)准备模具：将模具固定在挤压铸造机上，模具采用油路加热方式，首先预热至220℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层保温涂料和脱模剂，涂层厚度为18微米，继续烘烤模具，使涂料粘附牢固，并使模具预热温度提高至380℃。

4)挤压铸造：采用定量浇注泵从熔化炉向挤压铸造机加料室输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力为40MPa，保压时间18s，冲头挤压速度150mm/s，完成镁合金汽车发动机气缸罩盖的铸造过程，获得铸件毛坯。

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至430℃，保温8小时出炉空冷；再进行155℃×6小时的时效处理，得到镁合金汽车发动机气缸罩盖。

实施例二

1)配料：镁合金材料组分的重量百分比为：8％Al，0.17％Mn，0.9％Zn，0.8％RE，2.5％Ti，Si＜0.05％，Cu＜0.025，Ni＜0.001％，Fe＜0.004％，其余为Mg。

2)熔炼：将配制好的镁合金材料在烘箱中预热至190℃，同时将坩埚熔化炉升温，在坩埚底部撒上一层覆盖剂，将经预热的镁合金材料加入熔化炉内，继续加热升温，待炉内温度上升到350℃时，开始通入含有0.1vol.％含氟制冷剂R152a的阻燃抑制剂的混合干燥空气，保护气体防止镁合金燃烧，保护气体流量为坩埚封闭容积的20％/min。待镁合金完全熔化后，继续升温到745℃，加入镁合金液总量的1wt％的Al-5Ti-1B变质剂进行变质细化处理，处理时间5min，然后升温至765℃，加入占镁合金液总量的1.5wt％的精炼剂进行精炼处理，精炼时间为10min，精炼完成后，去除渣，合金液表面不再撒任何覆盖剂或精炼剂，完全由保护气体覆盖，合金液静置并降温至浇注温度685℃等待浇注。

3)准备模具：将模具固定在挤压铸造机上，模具采用油路加热方式，首先预热至240℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层保温涂料和脱模剂，涂层厚度为15微米，继续烘烤模具，使涂料粘附牢固，并使模具预热温度提高至400℃。

4)挤压铸造：采用定量浇注泵从熔化炉向挤压铸造机加料室输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力为50MPa，保压时间14s，冲头挤压速度180mm/s，完成镁合金汽车发动机气缸罩盖的铸造过程，获得铸件毛坯。

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至435℃，保温6小时出炉空冷；再进行160℃×6小时的时效处理，得到镁合金汽车发动机气缸罩盖。

实施例三

1)配料：镁合金材料组分的重量百分比为：7％Al，0.3％Mn，0.7％Zn，1.0％RE，2.0％Ti，Si＜0.05％，Cu＜0.025，Ni＜0.001％，Fe＜0.004％，其余为Mg。

2)熔炼：将配制好的镁合金材料在烘箱中预热至180℃，同时将坩埚熔化炉升温，在坩埚底部撒上一层覆盖剂，将经预热的镁合金材料加入熔化炉内，继续加热升温，待炉内温度上升到350℃时，开始通入含有0.5vol.％的SF6阻燃抑制剂的混合干燥空气，防止镁合金燃烧，保护气体流量为坩埚封闭容积的18％/min。待镁合金完全熔化后，继续升温到750℃，加入镁合金液总量的0.5wt％的Al-4Ti-5B变质剂进行变质细化处理，处理时间8min，然后升温至762℃，加入占镁合金液总量的2.0wt％的精炼剂进行精炼处理，精炼时间为8min，精炼完成后，去除渣，合金液表面不再撒任何覆盖剂或精炼剂，完全由保护气体覆盖，合金液静置并降温至浇注温度690℃等待浇注。

3)准备模具：将模具固定在挤压铸造机上，模具采用油路加热方式，首先预热至230℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层保温涂料和脱模剂，涂层厚度为16微米，继续烘烤模具，使涂料粘附牢固，并使模具预热温度提高至390℃。

4)挤压铸造：采用定量浇注泵从熔化炉向挤压铸造机加料室输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力为45MPa，保压时间16s，冲头挤压速度165mm/s，完成镁合金汽车发动机气缸罩盖的铸造过程，获得铸件毛坯。

5)热处理：将挤压铸造成型的毛坯进行热处理，把毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至432℃，保温7小时出炉空冷；再进行158℃×6小时的时效处理，得到镁合金汽车发动机气缸罩盖。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种镁合金汽车发动机气缸罩盖的挤压铸造方法，其特征在于包括如下步骤：

2)熔炼：将配制好的镁合金材料在烘箱中预热至170～190℃，同时将坩埚熔化炉升温，在坩埚底部撒上一层覆盖剂，将经预热的镁合金材料加入熔化炉内，继续加热升温，待炉内温度上升到350℃时，开始通入保护气体防止镁合金燃烧，保护气体流量为坩埚封闭容积的15～20％/min；待镁合金完全熔化后，继续升温到745～755℃，加入镁合金液总量的0.1～1wt％变质剂进行变质细化处理，处理时间5～10min，然后升温至760～765℃，加入占镁合金液总量的1.5～2.5wt％的精炼剂进行精炼处理，精炼时间为5～10min，精炼完成后，去除渣，合金液表面不再撒任何覆盖剂或精炼剂，完全由保护气体覆盖，合金液静置并降温至浇注温度685～695℃等待浇注；

3)准备模具：将模具固定在挤压铸造机上，模具采用油路加热方式，首先预热至220～240℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层保温涂料和脱模剂，涂层厚度为15～18微米，继续烘烤模具，使涂料粘附牢固，并使模具预热温度提高至380～400℃；

4)挤压铸造：采用定量浇注泵从熔化炉向挤压铸造机加料室输送合金液，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压凝固结晶，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力为40～50MPa，保压时间14～18s，冲头挤压速度150～180mm/s，完成镁合金汽车发动机气缸罩盖的铸造过程，获得铸件毛坯；

2.权利要求1所述的方法，其中所述的保护气体可以采用含有0.1～1vol.％的阻燃抑制剂的混合干燥空气，所述阻燃抑制剂为惰性气体SF6或含氟制冷剂R152a、R32、或者R134a。

3.权利要求1所述的方法，其中所述变质剂可以为Al-4Ti-5B或Al-5Ti-1B，以中间合金形式加入，也可以采用无水MgCO3或无水C2C16等试剂。