CN105081284A - 一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，步骤为：选取壳体原料，熔炼准备、原料熔炼，进行初炼、炉外精炼，喂丝、壳体铸造、热处理、性能检验，本发明通过对铸造壳体的原料进行元素配置、对壳体的铸造工艺进行改进以及对铸造过程中的参数进行设定，因此本发明提供的方法具有降低能耗、降低生产成本，提高生产率；并且所得刹车助力真空泵壳体具有强度高、耐磨、耐腐蚀的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体涉及一种通过配制壳体原料、改进工艺流程、设定最佳参数铸造高性能的优质刹车助力真空泵壳体的方法。
背景技术
目前的刹车助力真空泵壳体大多都是通过铝合金压铸件采用浇注方法制造，但是刹车助力真空泵壳体铸件的结构相对较复杂、壳体壁的厚度不均匀，在浇注过程中熔融金属注射进入铸膜空腔时会出现卷入空气、熔融金属浇铸不足；因此汽车刹车助力真空泵壳体采用铝合金压铸件进行制造时，会经常容易出现气孔、缩孔、渗漏等缺陷；并且制造出来的产品次品率高、原材料和能源浪费严重、生产效率低，导致生产成本高；同时所得壳体的耐磨性、抗腐蚀性较差、热膨胀系数较高；此外，目前的铸造方法工艺复杂、产品质量不容易控制、压力控制不合理。如果使用了较差的耐磨性以及抗腐蚀性这类影响到行车安全的问题缺陷汽车刹车助力真空泵壳体，那么很容易导致安全事故的发生。
因此，如何在降低能耗的同时改进铸造工艺，生产出质量可控的高性能优质刹车助力真空泵壳体是目前需要首先解决的问题。
发明内容
针对上述问题并提出改进，本发明提供一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，该方法通过对铸造壳体的原料进行元素配置、对壳体的铸造工艺进行改进以及对铸造过程中的参数进行设定，从而提升所得刹车助力真空泵壳体的各项性能。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）选取壳体原料，熔炼准备：
选取铝硅合金作为壳体原料，去除铝硅合金表面的氧化层，准备熔炼；清理熔炼设备表面的涂料以及氧化层，将熔炼设备迅速升温至300-350℃，保温0.5小时，然后按照不高于25℃/分钟的速度升温至450-550℃，同时在熔炼设备表面按照同一方向均匀喷涂保护涂料，并保温0.5-1小时，烘干备用；
（2）原料熔炼，进行初炼：
将中频感应炉中放入铝硅合金，通过置与炉底的喷嘴将Ar、N2或者He吹入炉内，同时将温度升至1540-1590℃；待炉内合金完全熔化后，加入添加剂以及覆盖剂进行搅拌，搅拌均匀后加入造渣剂进行造渣；
（3）炉外精炼，喂丝：
将炉内初炼完成的合金液转移至真空或者含有惰性气体的容器内，进行脱气、脱氧，去除合金液内的杂物，对成分进行初步微调；然后将铝线喂入合金液，进行脱氧、脱硫，对成分进行再次微调；同时进行除气；
（4）壳体铸造：
将完成精炼的合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.75-0.95Mpa，同步压力为0.6-0.7Mpa，升液速度为65-70mm/s，充型速度为60-75mm/s，增压速度为90-100mm/s，结晶增压压力为0.015-0.025Mpa；注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.08-0.12Mpa，充型压力为0.08-0.12Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.045-0.055Mpa时进行保压，保压时间为4-6分钟；将合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为20-25s，保压时间为70-100s，最后进行卸压，取出铸件；
（5）热处理：
将壳体按不高于85℃/小时的速度升温至750-850℃，保温3-3.5小时；之后在55-65℃的水中，淬火至200-250℃；在电炉中升温至270-350℃，保温4-4.5小时，出炉空冷；
（6）性能检验：
将所得壳体进行强度、耐磨性以及气密性检验。
步骤（2）中通过电炉底吹，将Ar、N2或者He通过置于炉底的喷嘴吹入炉内，缩短冶炼时间，降低电耗，提高合金收得率，并且能够使合金液的成分、温度更加均匀，从而改善合金质量，降低成本，提高生产率。
步骤（4）为不等压铸造，采用合理的参数设定和步骤使得通过本发明提供的技术方案制造出来的产品与现有技术制造的产品相比，拥有更强的热补缩能力。同时使合金液在压力差的作用下凝固结晶，经微观研究：铸件的组织疏松显著降低、组织更加致密、并且力学性能得到了显著提高。
作为优选，步骤（1）中所述硅铝合金的成分以及各成分的质量百分比为：Si：23-25%，Mg：2.5-4.5%，Cu：0.5-4.5%，Fe：0.15-0.5%，Mn：0.2-1%，Zn：0.1-0.25%，Ti：0.05-0.15%，Cr：0.05-0.25%，其余为Al。
上述硅铝合金，密度低，但其强度接近或超过优质钢；其中Al的热膨胀系数极低；Si在贝氏体转变过程中具有强烈抑制碳化物析出特点，并稳定和细化奥氏体，除了能够提高合金的淬透性、耐磨性以及屈服强度外，还能保持良好的冲击韧性和断裂韧性；Mn为强增加淬透性元素，可充分提高厚件斗齿淬透性及抗冲击韧性；Cr具有优秀的防腐蚀与防氧化功能，并且热强度高以及抗磨损。
作为优选，步骤（2）中所述添加剂为经过预热处理的含65%Cr的工业用Cr添加剂；所述覆盖剂的成分以及各成分质量百分比为：CaO：15-25%，Al2O3：10-15%，SiO2:40-50%，其余为C；所述造渣剂为转炉低碳造渣剂或者低碳埋弧造渣剂。
作为优选，步骤（3）中所述除气为旋转除气或者旋转喷气除气。
通过除气能够降低合金液中氢的含量，避免出现气孔、缩孔、渗漏等问题缺陷。
本发明与传统的刹车助力真空泵壳体铸造方法相比，选取经过元素调配的铝硅合金作为原料，同时设定设定参数使用不等压铸造，因此通过本发明制造刹车助力真空泵壳体能够明显降低能耗，降低生产成本，提高生产率；并且所得刹车助力真空泵壳体具有强度高、耐磨、耐腐蚀的特点。
附图说明
图1、使用常规方法制造的真空泵壳体组织的微观图片；
图2、使用本发明制造步骤以及参数设定制造出的真空泵壳体组织的微观图片；
图3、使用本发明制造步骤以及参数设定制造出的真空泵壳体进行组织拉伸试验后的断口图片。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
通过目前现有方法得到的刹车助力真空泵壳体的刚拉强度为300Mpa，屈服强度为220Mpa，延伸率为6.5%。
实施例1
一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）选取壳体原料，熔炼准备：
选取铝硅合金作为壳体原料，去除铝硅合金表面的氧化层，准备熔炼；清理熔炼设备表面的涂料以及氧化层，将熔炼设备迅速升温至300℃，保温0.5小时，然后按照20℃/分钟的速度升温至450℃，同时在熔炼设备表面按照同一方向均匀喷涂保护涂料，并保温0.5小时，烘干备用；其中硅铝合金的成分以及各成分的质量百分比为：Si：23%，Mg：4.5%，Cu：0.5%，Fe：0.15%，Mn：1%，Zn：0.1%，Ti：0.05%，Cr：0.25%，其余为Al；
（2）原料熔炼，进行初炼：
将中频感应炉中放入铝硅合金，通过置与炉底的喷嘴将Ar吹入炉内，同时将温度升至1540℃；待炉内合金完全熔化后，加入经过预热处理的含65%Cr的工业用Cr添加剂以及覆盖剂进行搅拌，搅拌均匀后加入转炉低碳造渣剂或者低碳埋弧造渣剂进行造渣；其中，覆盖剂的成分以及各成分质量百分比为：CaO：15%，Al2O3：15%，SiO2:40%，其余为C；
（3）炉外精炼，喂丝：
将炉内初炼完成的合金液转移至真空容器内，进行脱气、脱氧，去除合金液内的杂物，对成分进行初步微调；然后将铝线喂入合金液，进行脱氧、脱硫，对成分进行再次微调；同时通过旋转除气进行除气；
（4）壳体铸造：
将完成精炼的合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.75Mpa，同步压力为0.7Mpa，升液速度为65mm/s，充型速度为60mm/s，增压速度为100mm/s，结晶增压压力为0.015Mpa；注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.08Mpa，充型压力为0.08Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.055Mpa时进行保压，保压时间为4分钟；将合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为20s，保压时间为100s，最后进行卸压，取出铸件；
（5）热处理：
将壳体按60℃/小时的速度升温至750℃，保温3小时；之后在55℃的水中，淬火至200℃；在电炉中升温至270℃，保温4.5小时，出炉空冷；
（6）性能检验：
将所得壳体进行强度、耐磨性以及气密性检验。
通过上述工艺流程以及参数设定得到的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为335Mpa，提升约11.7%；屈服强度为238Mpa，提升约8%；延伸率为9%，提升约38%。
实施例2
一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）选取壳体原料，熔炼准备：
选取铝硅合金作为壳体原料，去除铝硅合金表面的氧化层，准备熔炼；清理熔炼设备表面的涂料以及氧化层，将熔炼设备迅速升温至320℃，保温0.5小时，然后按照22℃/分钟的速度升温至500℃，同时在熔炼设备表面按照同一方向均匀喷涂保护涂料，并保温0.8小时，烘干备用；其中硅铝合金的成分以及各成分的质量百分比为：Si：24%，Mg：3.2%，Cu：2.5%，Fe：0.25%，Mn：0.6%，Zn：0.15%，Ti：0.1%，Cr：0.2%，其余为Al；
（2）原料熔炼，进行初炼：
将中频感应炉中放入铝硅合金，通过置与炉底的喷嘴将N2吹入炉内，同时将温度升至1570℃；待炉内合金完全熔化后，加入经过预热处理的含65%Cr的工业用Cr添加剂以及覆盖剂进行搅拌，搅拌均匀后加入转炉低碳造渣剂或者低碳埋弧造渣剂进行造渣；其中，覆盖剂的成分以及各成分质量百分比为：CaO：20%，Al2O3：10%，SiO2:42%，其余为C；
（3）炉外精炼，喂丝：
将炉内初炼完成的合金液转移至含有惰性气体的容器内，进行脱气、脱氧，去除合金液内的杂物，对成分进行初步微调；然后将铝线喂入合金液，进行脱氧、脱硫，对成分进行再次微调；同时通过旋转喷气除气进行除气；
（4）壳体铸造：
将完成精炼的合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.8Mpa，同步压力为0.65Mpa，升液速度为68mm/s，充型速度为70mm/s，增压速度为90mm/s，结晶增压压力为0.02Mpa；注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.1Mpa，充型压力为0.1Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.045Mpa时进行保压，保压时间为5分钟；将合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为22s，保压时间为70s，最后进行卸压，取出铸件；
（5）热处理：
将壳体按75℃/小时的速度升温至800℃，保温3.2小时；之后在60℃的水中，淬火至230℃；在电炉中升温至325℃，保温4.5小时，出炉空冷；
（6）性能检验：
将所得壳体进行强度、耐磨性以及气密性检验。
通过上述工艺流程以及参数设定得到的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为342Mpa，提升约14%；屈服强度为245Mpa，提升约11.4%；延伸率为9.6%，提升约47.7%。
实施例3
一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）选取壳体原料，熔炼准备：
选取铝硅合金作为壳体原料，去除铝硅合金表面的氧化层，准备熔炼；清理熔炼设备表面的涂料以及氧化层，将熔炼设备迅速升温至300-350℃，保温0.5小时，然后按照不高于25℃/分钟的速度升温至450-550℃，同时在熔炼设备表面按照同一方向均匀喷涂保护涂料，并保温0.5-1小时，烘干备用；其中硅铝合金的成分以及各成分的质量百分比为：Si：23-25%，Mg：2.5-4.5%，Cu：0.5-4.5%，Fe：0.15-0.5%，Mn：0.2-1%，Zn：0.1-0.25%，Ti：0.05-0.15%，Cr：0.05-0.25%，其余为Al；
（2）原料熔炼，进行初炼：
将中频感应炉中放入铝硅合金，通过置与炉底的喷嘴将Ar、N2或者He吹入炉内，同时将温度升至1540-1590℃；待炉内合金完全熔化后，加入经过预热处理的含65%Cr的工业用Cr添加剂以及覆盖剂进行搅拌，搅拌均匀后加入转炉低碳造渣剂或者低碳埋弧造渣剂进行造渣；其中，覆盖剂的成分以及各成分质量百分比为：CaO：15-25%，Al2O3：10-15%，SiO2:40-50%，其余为C；
（3）炉外精炼，喂丝：
将炉内初炼完成的合金液转移至真空或者含有惰性气体的容器内，进行脱气、脱氧，去除合金液内的杂物，对成分进行初步微调；然后将铝线喂入合金液，进行脱氧、脱硫，对成分进行再次微调；同时通过旋转除气或者旋转喷气除气进行除气；
（4）壳体铸造：
将完成精炼的合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.75-0.95Mpa，同步压力为0.6-0.7Mpa，升液速度为65-70mm/s，充型速度为60-75mm/s，增压速度为90-100mm/s，结晶增压压力为0.015-0.025Mpa；注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.08-0.12Mpa，充型压力为0.08-0.12Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.045-0.055Mpa时进行保压，保压时间为4-6分钟；将合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为20-25s，保压时间为70-100s，最后进行卸压，取出铸件；
（5）热处理：
将壳体按不高于85℃/小时的速度升温至750-850℃，保温3-3.5小时；之后在55-65℃的水中，淬火至200-250℃；在电炉中升温至270-350℃，保温4-4.5小时，出炉空冷；
（6）性能检验：
将所得壳体进行强度、耐磨性以及气密性检验。
通过上述工艺流程以及参数设定得到的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为338Mpa，提升约12.7%；屈服强度为240Mpa，提升约9.1%；延伸率为9.2%，提升约41.5%。
通过以上三组实施例可得出，通过本发明提供的刹车助力真空泵壳体的铸造方法得到产品与传统方法得到的产品相比，其各项主要性能有着显著的提升。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (4)
1.一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，其特征在于：
具体步骤如下：
（1）选取壳体原料，熔炼准备：
选取铝硅合金作为壳体原料，去除铝硅合金表面的氧化层，准备熔炼；清理熔炼设备表面的涂料以及氧化层，将熔炼设备迅速升温至300-350℃，保温0.5小时，然后按照不高于25℃/分钟的速度升温至450-550℃，同时在熔炼设备表面按照同一方向均匀喷涂保护涂料，并保温0.5-1小时，烘干备用；
（2）原料熔炼，进行初炼：
将中频感应炉中放入铝硅合金，通过置与炉底的喷嘴将Ar、N2或者He吹入炉内，同时将温度升至1540-1590℃；待炉内合金完全熔化后，加入添加剂以及覆盖剂进行搅拌，搅拌均匀后加入造渣剂进行造渣；
（3）炉外精炼，喂丝：
将炉内初炼完成的合金液转移至真空或者含有惰性气体的容器内，进行脱气、脱氧，去除合金液内的杂物，对成分进行初步微调；然后将铝线喂入合金液，进行脱氧、脱硫，对成分进行再次微调；同时进行除气；
（4）壳体铸造：
将完成精炼的合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.75-0.95Mpa，同步压力为0.6-0.7Mpa，升液速度为65-70mm/s，充型速度为60-75mm/s，增压速度为90-100mm/s，结晶增压压力为0.015-0.025Mpa；注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.08-0.12Mpa，充型压力为0.08-0.12Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.045-0.055Mpa时进行保压，保压时间为4-6分钟；将合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为20-25s，保压时间为70-100s，最后进行卸压，取出铸件；
（5）热处理：
将壳体按不高于85℃/小时的速度升温至750-850℃，保温3-3.5小时；之后在55-65℃的水中，淬火至200-250℃；在电炉中升温至270-350℃，保温4-4.5小时，出炉空冷；
（6）性能检验：
将所得壳体进行强度、耐磨性以及气密性检验。
2.根据权利要求1所述的一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，其特征在于：步骤（1）中所述硅铝合金的成分以及各成分的质量百分比为：Si：23-25%，Mg：2.5-4.5%，Cu：0.5-4.5%，Fe：0.15-0.5%，Mn：0.2-1%，Zn：0.1-0.25%，Ti：0.05-0.15%，Cr：0.05-0.25%，其余为Al。
3.根据权利要求1所述的一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，其特征在于：步骤（2）中所述添加剂为经过预热处理的含65%Cr的工业用Cr添加剂；所述覆盖剂的成分以及各成分质量百分比为：CaO：15-25%，Al2O3：10-15%，SiO2:40-50%，其余为C；所述造渣剂为转炉低碳造渣剂或者低碳埋弧造渣剂。
4.根据权利要求1所述的一种优质刹车助力真空泵壳体的铸造方法，其特征在于：步骤（3）中所述除气为旋转除气或者旋转喷气除气。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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