CN104911467B

CN104911467B - 一种亚温淬火气缸套及其制备方法

Info

Publication number: CN104911467B
Application number: CN201510392712.7A
Authority: CN
Inventors: 张亮亮; 张红菊; 熊毅; 徐超; 刘栋; 卢琼; 殷建祥
Original assignee: Central Plains Nei Pei Group PLC
Current assignee: Central Plains Nei Pei Group PLC
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2035-07-07
Also published as: CN104911467A

Abstract

一种亚温淬火气缸套及其制备方法，属于气缸套技术领域，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳：3.20‑3.50%，硅：2.9‑3.2%，0＜磷＜0.1%，硫：0.01‑0.02%，锰：0.2‑0.25%，铜：1.8‑2.2%，硼：0.01‑0.03%，铌：0.08‑0.1%，镁：0.02‑0.04%，铈：0.02‑0.03%，余量为铁。本发明的气缸套经过亚温盐浴加热、等温淬火使其组织为球状石墨+奥铁体+铁素体+少量均匀分布的碳化物及富铜相，通过该方法制备的气缸套硬度300‑350HBW，抗拉强度大于1000MPa，屈服强度大于800MPa，弹性模量大于170GPa，延伸率δ大于2%；其相对于普通淬火气缸套尺寸更稳定，具有耐磨性、抗磨性、减磨性、切削性能好等优点。

Description

一种亚温淬火气缸套及其制备方法

技术领域

本发明属于气缸套领域，具体涉及一种亚温淬火气缸套及其制备方法。

背景技术

气缸套是发动机的关键零件之一，淬火处理是气缸套的一种主要热处理方法，但该类气缸套，切削加工性能较差，使用过程中缸套尺寸变化较大，抗磨性、减磨性不好，为满足大功率机器对缸套加工成本、尺寸稳定性、减磨性的要求，急需开发一种可加工性、尺寸稳定性、减磨性好的亚温淬火铸铁气缸套。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亚温淬火气缸套及其制备方法。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种亚温淬火气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳（C）：3.20-3.50%，硅(Si)：2.9- 3.2%，0＜磷（P）＜0.1%，硫（S）：0.01-0.02%，锰（Mn）：0.2-0.25%，铜(Cu)：1.8-2.2%，硼（B）：0.01-0.03%，铌（Nb）：0.08-0.1%，镁（Mg）：0.02-0.04%，铈（Ce）：0.02-0.03%，余量为铁（Fe）。

所述亚温淬火气缸套的制备方法，包括如下步骤：

（1）将除镁、铈和硼以外的其他原料按比例进行配料，用中频感应电炉熔炼获得铁液，控制铁液出炉温度为1500℃-1550℃，并采用单工位离心浇注机进行浇铸：浇铸前对铁液进行球化处理和两次孕育剂处理：将静置后的铁液先倒入大浇包（堤坝式浇包），浇包中由下往上依次放有球化剂、75SiFe孕育剂，并用硼铁粉和冶金碳化硅粉组成的混合物进行覆盖，硼铁粉粒度0.1-0.2mm，加入量为缸套重量的0.01-0.03%，冶金碳化硅粉粒度0.5-0.8mm，加入量为缸套重量的0.05-0.1%，球化剂为FeSiMg6RE2，用量为铁液质量的0.7%-0.9%，75SiFe孕育剂，用量为铁液质量的0.5%-0.9%；然后将铁液转入浇火勺中进行浇铸，同时进行二次孕育（勺底孕育），浇铸温度1480℃-1490℃，浇注机转速1600-1800转/分。在离心铸造工况下，能稳定地生产出金相组织为球状石墨+珠光体+铁素体+碳化物的球墨铸铁毛坯（珠光体质量分数50%-70%，铁素体质量分数29%-47%，碳化物质量分数1%-3%）。

（2）将粗加工的半成品在亚温盐浴中进行奥氏体化，最后等温淬火即获得所述组织为球状石墨+奥铁体+铁素体+少量均匀分布的碳化物及富铜相的气缸套。

所述奥氏体化是指在780℃-810℃的亚温（对于球墨铸铁正常奥氏体化温度应在880℃-920℃）氯化钠盐浴中保温15±5分钟。

等温淬火的温度为310±5℃，时间为150±5分钟，淬火液为硝盐，成分为硝酸钾和亚硝酸钠的混合液，其中硝酸钾和亚硝酸钠的质量比为1︰（1~1.5）。

离心铸造气缸套时，浇铸温度1480℃-1490℃，离心机转速1600-1800转/分。

由奥氏体化转运至等温淬火的时间T=12+3*s，其中，s为缸套单边壁厚，s的单位以mm计，T的单位以s计。

本发明提供一种离心铸造生产的亚温淬火缸套，缸套经过盐浴加热、等温淬火使其组织为球状石墨+奥铁体+铁素体+少量均匀分布的碳化物及富铜相，通过该方法制备的气缸套硬度300-350HBW，抗拉强度大于1000MPa，屈服强度大于800MPa，弹性模量大于170GPa，延伸率δ 大于 2%；其相对于普通淬火气缸套尺寸更稳定，具有抗磨性、减磨性、切削性能好等优点。

附图说明

图1为实施例1成品缸套的金相组织图。

具体实施方式

以下通过优选实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

一种亚温淬火气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计（%）：

C：3.35，Si：3.15，P：0.04，S：0.019，Mn：0.24，Cu：1.85，B：0.019，Nb：0.085，Mg：0.035，Ce：0.021，余量为铁。

上述亚温淬火气缸套的制备方法：

（1）离心铸造：将除镁、铈和硼以外的其他原料按比例进行配料，用500kg中频感应电炉熔炼获得铁液，控制铁液出炉温度为1550℃，铁液熔化后静置10分钟，并采用单工位离心浇注机进行浇注：将静置后的铁液先倒入大浇包（堤坝式浇包）浇包底部由下往上依次放有球化剂、75SiFe孕育剂，球化剂、孕育剂均用硼铁粉和冶金碳化硅粉组成的混合物进行覆盖，硼铁粉粒度0.1-0.2mm，加入量为缸套重量的0.02%，冶金碳化硅粉粒度0.5-0.8mm，加入量为缸套重量的0.1%，球化剂为FeSiMg6RE2（购自宁夏铸峰特殊合金有限公司，球化剂FeSiMg6RE2的主要成分为镁和稀土，经过处理后最终在气缸套中残留的Mg：0.035wt%，残留的Ce：0.021wt%，下同），用量为铁液质量的0.9%，75SiFe孕育剂的加入量为铁液质量的0.8%；然后转入浇火勺中进行浇注，同时进行第二次孕育（勺底孕育），孕育剂为硅锶孕育剂（购自宁夏铸峰特殊合金有限公司），孕育剂的加入量为铁液质量的0.3%，浇铸温度1480℃，离心浇注机转速1650转/分。在离心铸造工况下，能稳定地生产出金相组织为球状石墨+珠光体+铁素体+碳化物的球墨铸铁毛坯（珠光体含量60wt%，铁素体含量38wt%，碳化物含量2wt%）。

（2）机加工

将缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量，半成品单边壁厚10mm。

（3）热处理

将气缸套放入氯化钠盐浴中810℃奥氏体化15分钟，然后将缸套转运至310℃硝盐（组成为50wt%硝酸钾+75wt%亚硝酸钠）盐浴中保温150分钟进行淬火，缸套转运时间42s，冷却后进行精加工即获得所述组织为球状石墨+奥铁体+铁素体+少量均匀分布的碳化物及富铜相的气缸套。

通过该方法制备的气缸套硬度350HBW，抗拉强度大于1000MPa，屈服强度大于800MPa，弹性模量大于170GPa，延伸率δ 大于 2%。

实施例2

C：3.20，Si：2.9，P：0.01，S：0.01，Mn：0.2，Cu：1.8，B：0.01，Nb：0.08，Mg：0.02，Ce：0.02，余量为铁。

上述亚温淬火气缸套的制备方法：

（1）离心铸造：将除镁、铈和硼以外的其他原料按比例进行配料，用500kg中频感应电炉熔炼获得铁液，控制铁液出炉温度为1500℃，铁液熔化后静置10分钟，并采用单工位离心浇注机进行浇注：将静置后的铁液先倒入大浇包（堤坝式浇包）浇包底部由下往上依次放有球化剂、75SiFe孕育剂，球化剂、孕育剂均用硼铁粉和冶金碳化硅粉组成的混合物进行覆盖，硼铁粉粒度0.1-0.2mm，加入量为缸套重量的0.011%，冶金碳化硅粉粒度0.5-0.8mm，加入量为缸套重量的0.08%；球化剂为FeSiMg6RE2（购自宁夏铸峰特殊合金有限公司，球化剂FeSiMg6RE2的主要成分为镁和稀土，经过处理后最终在气缸套中残留的Mg：0.02wt%，残留的Ce：0.02wt%），用量为铁液质量的0.7%，75SiFe孕育剂的加入量为铁液质量的0.5%；然后转入浇火勺中进行浇注，同时进行第二次孕育（勺底孕育），孕育剂为硅锶孕育剂（购自宁夏铸峰特殊合金有限公司），孕育剂的加入量为铁液质量的0.1%，浇铸温度1490℃，离心浇注机转速1600转/分。在离心铸造工况下，能稳定地生产出金相组织为球状石墨+珠光体+铁素体+碳化物的球墨铸铁毛坯（珠光体含量70wt%，铁素体含量27wt%，碳化物含量3wt%）。

（2）机加工

将缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量，半成品单边壁厚9mm。

（3）热处理

将气缸套放入氯化钠盐浴中780℃奥氏体化20分钟，然后将缸套转运至305℃硝盐（组成为50wt%硝酸钾+50wt%亚硝酸钠）盐浴中保温155分钟进行淬火，缸套转运时间39s，冷却后进行精加工即获得所述组织为球状石墨+奥铁体+铁素体+少量均匀分布的碳化物及富铜相的气缸套。

通过该方法制备的气缸套硬度300HBW，抗拉强度大于1000MPa，屈服强度大于800MPa，弹性模量大于170GPa，延伸率δ 大于 2%。

实施例3

C：3.5，Si：3.2，P：0.1，S：0.02，Mn：0.25，Cu：2.2，B：0.029，Nb：0.1，Mg：0.04，Ce：0.03，余量为铁。

上述亚温淬火气缸套的制备方法：

（1）离心铸造：将除镁、铈和硼以外的其他原料按比例进行配料，用500kg中频感应电炉熔炼获得铁液，控制铁液出炉温度为1530℃，铁液熔化后静置10分钟，并采用单工位离心浇注机进行浇注：将静置后的铁液先倒入大浇包（堤坝式浇包）浇包底部由下往上依次放有球化剂、75SiFe孕育剂，球化剂、孕育剂均用硼铁粉和冶金碳化硅粉组成的混合物进行覆盖，硼铁粉粒度0.1-0.2mm，加入量为缸套重量的0.03%，冶金碳化硅粉粒度0.5-0.8mm，加入量为缸套重量的0.1%；球化剂为FeSiMg6RE2（购自宁夏铸峰特殊合金有限公司，球化剂FeSiMg6RE2的主要成分为镁和稀土，经过处理后最终在气缸套中残留的Mg：0.04wt%，残留的Ce：0.03wt%），用量为铁液质量的0.9%，75SiFe孕育剂的加入量为铁液质量的0.6%；然后转入浇火勺中进行浇注，同时进行第二次孕育（勺底孕育），孕育剂为硅锶孕育剂（购自宁夏铸峰特殊合金有限公司），孕育剂的加入量为铁液质量的0.2%，浇铸温度1480℃℃，离心浇注机转速1800转/分。在离心铸造工况下，能稳定地生产出金相组织为球状石墨+珠光体+铁素体+碳化物的球墨铸铁毛坯（珠光体含量65wt%，铁素体含量34wt%，碳化物含量1wt%）。

（2）机加工

将缸套毛坯加工成半成品，内孔和外圆留0.5mm余量，半成品单边壁厚11mm。

（3）热处理

将气缸套放入氯化钠盐浴中800℃奥氏体化10分钟，然后将缸套转运至315℃硝盐（组成为50wt%硝酸钾+50wt%亚硝酸钠）盐浴中保温145分钟进行淬火，缸套转运时间45s，冷却后进行精加工即获得所述组织为球状石墨+奥铁体+铁素体+少量均匀分布的碳化物及富铜相的气缸套。

通过该方法制备的气缸套硬度330HBW，抗拉强度大于1000MPa，屈服强度大于800MPa，弹性模量大于170GPa，延伸率δ 大于 2%。

Claims

1.一种亚温淬火气缸套的制备方法，其特征在于，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳:3.20-3.50%，硅:2.9-3.2%，0＜磷＜0.1%，硫：0.01-0.02%，锰：0.2-0.25%，铜：1.8-2.2%，硼：0.01-0.03%，铌：0.08-0.1%，镁：0.02-0.04%，铈：0.02-0.03%，余量为铁，具体制备步骤如下：

（1）将除镁、铈和硼以外的其他原料按比例进行配料，用中频感应电炉熔炼获得铁液，控制铁液出炉温度为1500℃-1550℃，浇铸前依次对铁液进行球化处理和两次孕育剂处理，球化剂为FeSiMg6RE2，用量为铁液质量的0.7%-0.9%，第一次孕育剂处理为75硅铁孕育剂且加入量为铁液质量的0.5%-0.9%，第一次孕育剂处理后用硼铁粉和冶金碳化硅粉组成的混合物进行覆盖，硼铁粉粒度0.1-0.2mm，加入量为缸套重量的0.01-0.03%，冶金碳化硅粉粒度0.5-0.8mm，加入量为缸套重量的0.05-0.1%，第二次处理为硅锶孕育剂，加入量为铁液质量的0.1%-0.3%；

（2）用金属型湿涂料离心铸造工艺制备气缸套铸件，在亚温盐浴中进行奥氏体化，最后等温淬火即获得所述的气缸套。

2.如权利要求1所述亚温淬火气缸套的制备方法，其特征在于，所述奥氏体化是指在780℃-810℃的亚温氯化钠盐浴中保温15±5分钟。

3.如权利要求1所述亚温淬火气缸套的制备方法，其特征在于，所述等温淬火的温度为310±5℃，时间为150±5分钟，淬火液为硝酸钾和亚硝酸钠质量比为1︰（1~1.5）的混合液。