CN103920849B - 发动机缸体铸件的铸造方法 - Google Patents

发动机缸体铸件的铸造方法 Download PDF

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本发明公开了一种铸造方法,具体涉及一种发动机缸体铸件的铸造方法。本发明提供了一种提高铸件的强度和韧性的发动机缸体铸件的铸造方法,首先制作砂型,然后利用砂型进行浇注成型,最后对铸件进行热处理,所述浇注成型采用以下步骤:A、将原料放入熔炼炉内进行熔炼;B、熔炼后在铁液中加入Inoculin390预处理剂进行处理;C、然后在浇注前向铁液中加入孕育剂进行充分搅拌;D、最后将铁液浇注到砂型中,凝固形成铸件。与传统铸造法相比则是在铁液的孕育处理之前增加了一预处理工序,预处理剂最大的特点是其中所含元素Be能阻碍基体晶粒的长大,可有效增加石墨数量,细化石墨,并形成稳定的形核质点,从而为提高铸件的强度和韧性做好准备。

Description

发动机缸体铸件的铸造方法
技术领域
本发明涉及铸件的铸造方法,具体涉及一种发动机缸体铸件的铸造方法。
背景技术
我国汽车产业近年来发展迅速,主要汽车企业(集团)2011年年底形成整车产能1841万辆,相应发动机产能已达到年产1671万台。随着社会经济快速发展和人民生活水平不断提高,我国汽车国产化进程不断加快,汽车消费需求旺盛,汽车保有量保持快速增长趋势。2006年至2010年,汽车产量年均增加951万辆;据分析,目前中国的汽车保有量为7000多万辆,到2020年将达到2亿辆,也就是每年将净增1300万辆,考虑到汽车报废等因素,每年净增量将在2000万辆左右。巨大的汽车市场保有量,必将促进汽车发动机缸体市场的大发展。
缸体是发动机上最关键、最复杂的铸件,其壁厚最薄处往往不到3mm,缸体铸件生产应用最广的仍然是湿型粘土砂,具有成型性能好、能耗低、噪音小、污染少、效率高、运行可靠等优点的静压造型线及气冲造型线使用较为广泛。近年来,国内外造型线制造厂家对造型机的不断改进,先后已出现气冲加压实、气流增益气冲加压实、静压加压实、主动多触头压实、成型挤压等加砂方式,砂型硬度更加均匀化,成为缸体铸件生产首选的造型设备。一些大中型柴油机缸体铸造企业,采用pepset自硬砂工艺和三乙胺冷芯盒工艺,这也是节能低碳的最佳选择。
发动机的生产、加工、装配是一个复杂且庞大的工程,不仅能创造大量的就业,更能转化为具有我国自主知识产权的技术成果。掌握发动机缸体的生产技术,不仅可以促进发动机的国产化,提高年产量;而且能够为将来国产化生产更大型的系列发动机打下坚实的基础和提供宝贵的经验。因此,大力发展发动机的工业化生产势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高铸件的强度和韧性的发动机缸体铸件的铸造方法。
本发明解决其技术问题所采用的发动机缸体铸件的铸造方法,首先制作砂型,然后利用砂型进行浇注成型,最后对铸件进行热处理,
所述浇注成型采用以下步骤:
A、将原料放入熔炼炉内进行熔炼;
B、熔炼后在铁液中加入Inoculin390预处理剂进行处理;
C、然后在浇注前向铁液中加入孕育剂进行充分搅拌;
D、最后将铁液浇注到砂型中,凝固形成铸件。
进一步的是,在浇注成型的C步骤中,所述孕育剂采用复合孕育剂,所述复合孕育剂为含镧孕育剂和75硅铁孕育剂的组合。
进一步的是,在浇注成型的C步骤中,按照重量比,复合孕育剂加入总量为0.4±0.10%,其中含镧孕育剂加入量为0.25±0.06%,粒度为2~6mm;75硅铁孕育剂加入量为0.15±0.04%,粒度为2~6mm,孕育时间占出铁量的70%以上。
进一步的是,在浇注成型的B步骤中,铁液的温度为1455~1465℃,Inoculin390预处理剂的量按铁液重量计为0.2~0.8%。
进一步的是,在制作砂型后,在砂型的型腔涂抹一层含麻纤维的涂料。
进一步的是,所述的铁液化学成分为:碳C3.1%~3.5%、硅Si2.0%~2.3%、锰Mn0.7%~0.9%、硫S0%~0.15%、磷P0~0.15%、铬Cr0.25%~0.40%、钼Mo0.25%~0.40%、铜Cu0.45%~0.65%及碳当量为3.77~4.29。
进一步的是,所述热处理是采用以下方式:装炉温度为200℃以下,升温速度≤50℃/h,达到500~530℃后进行保温,保温时间为3~4小时,保温结束后随炉冷却至120℃,冷却速度≤50℃/h。
进一步的是,所述砂型包括铸件腔、冒口系统和浇注系统,所述浇注系统包括出气口、上直浇道、下直浇道、弯形内浇道、横浇道和矩形内浇道,矩形内浇道设置在铸件腔底侧面,弯形内浇道设置在铸件中部,所述矩形内浇道和弯形内浇道均与横浇道连通;所述下直浇道一端与上直浇道连通,另一端与横浇道连通。
进一步的是,所述浇注系统还包括过滤装置,所述过滤装置设置在下直浇道和上直浇道之间;所述上直浇道和下直浇道的截面积之和为Σ直,所述横浇道的截面积为Σ横,所述弯形内浇道和矩形内浇道的截面积之和为Σ内,所述过滤装置的截面积为Σ过,以Σ直为基准,Σ直:Σ横:Σ内:Σ过=1:1~2:1~2:8~9。
进一步的是,出气口的总的横截面积≥弯形内浇道和矩形内浇道总的横截面积之和;所述冒口系统包括明顶冒口和溢流冒口,明顶冒口设置在铸件腔顶部的厚大部位处,溢流冒口设置在铸件腔侧面并靠近铸件腔顶部。
本发明的有益效果是:
1、铁液在孕育处理前增加了一预处理工序。传统铸铁件的生产工序是:铁水熔炼—孕育—浇注,而本发明技术与传统铸造法相比则是在铁液的孕育处理之前增加了一预处理工序,即在孕育处理前向铁液中加入foseco公司生产的Inoculin390作为预处理剂,该材质最大的特点是其中所含元素Be能阻碍基体晶粒的长大,可有效增加石墨数量,细化石墨,还能使铁液中的O/S控制在较低和稳定的水平,并形成稳定的形核质点,从而为提高铸件的强度和韧性做好准备。
2、区别以往传统技术中孕育剂的单一使用,本发明使用了新式的复合孕育剂(含镧孕育剂+75硅铁孕育剂),其中,含镧硅铁能有效促进等轴晶生成,抑制树枝晶的生长,改变铁水的凝固方式,有效消除铸件的显微缩松;硅铁孕育速效,1.5min内达到峰值,8~10min后衰退到未孕育状态,可减少过冷度和白口倾向,增加共晶团数,形成A形石墨,改善断面均匀性。含镧孕育剂和75硅铁孕育剂的复合使用,可充分改变使用单一孕育剂的不足,加强孕育效果,避免产生石墨漂浮,达到细化石墨的的效果。
3、为增加铸型的透气效果,防止铸件中形成气孔,本发明在常规使用的涂料中专门添加了含有增加材料透气性的麻纤维,大大提高了涂料的透气性,使得铁液在充型过程中的气体可顺利经涂层及型砂而排除型外,从而减小型腔内的气压,使铁液流通顺畅无阻,解决了传统方法铸造大型发动机缸体铸件时由于透气性差所带来的铸件缺陷问题。
附图说明
图1是采用本发明发动机缸体铸件的铸造方法的浇注装置的正等侧视图;
图2是采用本发明浇注装置的右视结构示意图;
图3是采用本发明浇注装置的正视结构示意图。
图4是热处理过程图。
图中零部件、部位及编号:1、缸体底侧面;2、矩形内浇道;3、横浇道;4、弯形内浇道;5、下直浇道;6、铸件腔;7、过滤装置;8、上直浇道;9、出气口;10、明顶冒口;11、铸件上部的侧面;12、溢流冒口;13、铸件中部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的一种发动机缸体铸件的铸造方法,首先制作砂型,然后利用砂型进行浇注成型,最后对铸件进行热处理,本方法在浇注成型时采用了与以往不同的工艺,即在熔炼后的铁液中加入Inoculin390预处理剂进行处理;然后再在浇注前向铁液中加入孕育剂进行充分搅拌;最后将铁液浇注到砂型中,凝固形成铸件。由于在铁液的孕育处理之前增加了一预处理工序,即在孕育处理前向铁液中加入foseco公司生产的Inoculin390作为预处理剂,该材质最大的特点是其中所含元素Be能阻碍基体晶粒的长大,可有效增加石墨数量,细化石墨,还能使铁液中的O/S控制在较低和稳定的水平,并形成稳定的形核质点,从而为提高铸件的强度和韧性做好准备。其中,Inoculin390和其它孕育剂均可以在市场购买。本发明的Inoculin390为foseco公司生产,也可以采用具有相同效果的其它替代产品。
本发明的热处理可参加图4所示,装炉温度为200℃以下,升温速度≤50℃/h,达到500~530℃后进行保温,保温时间为3~4小时,保温结束后随炉冷却至120℃,冷却速度≤50℃/h。
本发明的砂型结构如图1、图2和图3所示,所述砂型包括铸件腔6、冒口系统和浇注系统,所述浇注系统包括出气口9、上直浇道8、下直浇道5、弯形内浇道4、横浇道3和矩形内浇道2,横浇道3与铸件腔6底部平齐,矩形内浇道2设置在铸件腔6底侧面,弯形内浇道4设置在铸件腔6中部,所述矩形内浇道2和弯形内浇道4均与横浇道3连通;所述下直浇道5一端与上直浇道8连通,另一端与横浇道3连通。下直浇道5设在中间两个弯形内浇道4横浇道3的中间。本发明采用采用侧底注式浇注系统,即同时利用弯形内浇道4和矩形内浇道2对铸件的中部和底部供料浇注。在浇注时,铁液从上直浇道8中进入,然后流入到下直浇道5中,再进入到横浇道3中,铁液沿条状的横浇道3分散后进入矩形内浇道2和弯形内浇道4中,矩形内浇道2和弯形内浇道4均设置有多个,由于矩形内浇道2是低于弯形内浇道4的,因此铁液首先主要从矩形内浇道2进入铸件腔6,铁液由下到上逐渐填充铸件腔6,并排除其中空气,随着铁液在铸件腔6中的高度升高,矩形内浇道2和弯形内浇道4中的压强差逐渐减小,弯形内浇道4中流出的铁液逐渐增加,从而增大了铁液的流量,快速的完成浇注,既保证了空气的完全排出,也能保证铁液的浇注时间。
所述浇注系统还包括过滤装置7,所述过滤装置7设置在下直浇道5和上直浇道8之间;所述上直浇道8和下直浇道5的截面积之和为Σ直,所述横浇道3的截面积为Σ横,所述弯形内浇道4和矩形内浇道2的截面积之和为Σ内,所述过滤装置7的截面积为Σ过,以Σ直为基准,Σ直:Σ横:Σ内:Σ过=1:1~2:1~2:8~9。在铸造中,统一用截面积比例来反映铁水的流速及平稳性,例如本发明中各浇道截面比例反映出本浇注系统为开放式浇注系统,阻流截面在直浇道上口。本浇注系统的各组元开放比例较大,在金属液充满浇注系统时,呈无压流动状态;充型平稳,对型腔冲刷力小,且挡渣能力强。
为了获得良好的排气效果和补偿收缩,出气口9的总的横截面积≥弯形内浇道4和矩形内浇道2总的横截面积之和;所述冒口系统包括明顶冒口10和溢流冒口,明顶冒口10设置在铸件腔6顶部的厚大部位处,溢流冒口12设置在铸件腔6侧面并靠近铸件腔6顶部。
由于ISOMOL800涂料悬浮稳定性好;具有优良的触变性和流平性;涂刷无刷痕,涂层牢固,发气量低;易于点燃,燃烧值高;抗粘砂性好,铸件表面光洁。且涂料在燃烧过程中可以烘干砂型,降低砂的含水量。从而解决了铸造大型发动机缸体铸件时由于透气性差及砂的含水量高所带来的铸造缺陷。所以本专利所用涂料为福士科ISOMOL800及成都科深TS141复合型醇基铸造涂料。其中,涂刷于型芯和砂型上的涂料中含有按涂料重量计为0.2~1.5%的麻纤维。
本发明使用了自行研制的砂芯精确定位技术,即在轴心位置设置有一定位杆,然后沿着轴心定位杆将离散的坭芯依次按顺序进行定位装配,从而确保所有坭芯的准确定位。由于本发动机缸体铸件形状复杂,造型过程中使用的砂芯众多,坭芯的定位是整个造型过程中最关键的环节,坭芯定位的准确性直接关系到铸件的尺寸精度。如果定位产生一定偏差,则会造成铸件的尺寸精度不能达到使用要求,从而导致产品报废。为保证众多砂芯的精确定位,本发明采用了一种自行研制的砂芯精确定位技术,即在砂芯装配前在型腔的主要位置设置一定位杆,便可确保使用砂芯的精准定位,从而有效提升缸体铸件的尺寸精度。
以下实施例所用元素的百分比均为重量百分比;对所得铸件进行抗拉强度Rm、硬度HB等机械性能测试,其中,材料的Rm是在SHT4305微机控制电液伺服万能试验机上进行的;HB是在HB—3000型布氏硬度机上进行的。
本发明采用三种HT300进行试验,分别编号为实施例1、实施例2和实施例3,均用于制作制造460Kg以上大型发动机缸体,具体方法如下:将含碳量为3.1~3.5%的HT300在熔炼炉内进行熔炼,熔炼先在温度为1455~1465℃的铁液中加入按铁液重量计为0.2~0.8%的Inoculin390预处理剂到炉内进行预处理,然后加入总量为0.4%的复合孕育剂进行孕育处理,其中含镧孕育剂(富士科920孕育剂)加入量为0.25%,粒度为2~6mm;75硅铁孕育剂(西安长泰)加入量为0.15%,粒度为2~6mm。孕育时间占出铁量的70%以上。最后将温度不低于1400℃的铁液浇注到砂箱中,铁液在冒口液态金属的补缩下充型、凝固形成铸件,最后对铸件进行热处理。具体指:在装炉温度200℃以下,以≤50℃/h的升温速度进行升温,达到500~530℃后进行保温,保温时间为3~4小时,保温结束后随炉冷却至120℃,冷却速度≤50℃/h。当温度降到120℃时,打开炉门,开出台车,铸件出炉冷却至室温。本发明提供利用HT300铸造大型发动机缸体获得的铸件组织致密、机械性能优良、生产效率高、生产成本低。该机体在国内属于最大的发动机机体,填补了国内在制造大型发动机缸体的空白。
本发明三个实施例的参数见下表所示:
发明实施例所用的材质牌号为铸件材质选为HT300的灰铸铁,见表1,其中Fe为余量。
表1 HT300常见的化学成分范围
表2 实际熔炼过程中HT300的主要化学成分
表3 三种灰铸铁的机械性能及金相组织
表4 本发明主要考核指标的标准参数
通过测试结果(如表3示)与本发明主要考核指标的标准参数(如表4示)对比可知:以上不同成分的HT300材质铸件均达到了大型发动机缸体使用要求的性能指标。因此,对大型发动机缸体的铸造方法采用以上熔炼及工艺是可行的。

Claims (9)

1.发动机缸体铸件的铸造方法,首先制作砂型,然后利用砂型进行浇注成型,最后对铸件进行热处理,其特征在于:
所述砂型包括铸件腔(6)、冒口系统和浇注系统,所述浇注系统包括出气口(9)、上直浇道(8)、下直浇道(5)、弯形内浇道(4)、横浇道(3)和矩形内浇道(2),横浇道(3)与铸件腔(6)底部平齐,矩形内浇道(2)设置在铸件腔(6)底侧面,弯形内浇道(4)设置在铸件中部,所述矩形内浇道(2)和弯形内浇道(4)均与横浇道(3)连通;所述下直浇道(5)一端与上直浇道(8)连通,另一端与横浇道(3)连通;
所述浇注成型采用以下步骤:
A、将原料放入熔炼炉内进行熔炼;
B、熔炼后在铁液中加入Inoculin390预处理剂进行处理;
C、然后在浇注前向铁液中加入孕育剂,并进行充分搅拌;
D、最后将铁液浇注到砂型中,凝固形成铸件。
2.如权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:所述孕育剂采用复合孕育剂,所述复合孕育剂为含镧孕育剂和75硅铁孕育剂的组合。
3.如权利要求2所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:在浇注成型的C步骤中,按照重量比,复合孕育剂加入总量为0.4±0.10%,其中含镧孕育剂加入量为0.25±0.06%,粒度为2~6mm;75硅铁孕育剂加入量为0.15±0.04%,粒度为2~6mm,孕育时间占出铁量的70%以上。
4.如权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:在浇注成型的B步骤中,铁液的温度为1455~1465℃,Inoculin390预处理剂的量按铁液重量计为0.2~0.8%。
5.如权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:在制作砂型后,在砂型的型腔涂抹一层含麻纤维的涂料。
6.如权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:所述的铁液化学成分为:碳C3.1%~3.5%、硅Si2.0%~2.3%、锰Mn0.7%~0.9%、硫S0%~0.15%、磷P0~0.15%、铬Cr0.25%~0.40%、钼Mo0.25%~0.40%、铜Cu0.45%~0.65%及碳当量为3.77~4.29。
7.如权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:所述热处理是采用以下方式:装炉温度为200℃以下,升温速度≤50℃/h,达到500~530℃后进行保温,保温时间为3~4小时,保温结束后随炉冷却至120℃,冷却速度≤50℃/h。
8.如权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:所述浇注系统还包括过滤装置(7),所述过滤装置(7)设置在下直浇道(5)和上直浇道(8)之间;所述上直浇道(8)和下直浇道(5)的截面积之和为Σ直,所述横浇道(3)的截面积为Σ横,所述弯形内浇道(4)和矩形内浇道(2)的截面积之和为Σ内,所述过滤装置(7)的截面积为Σ过,以Σ直为基准,Σ直:Σ横:Σ内:Σ过=1:1~2:1~2:8~9。
9.如权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法,其特征在于:出气口(9)的总的横截面积≥弯形内浇道(4)和矩形内浇道(2)总的横截面积之和;所述冒口系统包括明顶冒口(10)和溢流冒口(12),明顶冒口(10)设置在铸件腔(6)顶部的厚大部位处,溢流冒口(12)设置在铸件腔(6)侧面并靠近铸件腔(6)顶部。
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