CN107365885A - 发动机缸体铸件及其铸造方法 - Google Patents

发动机缸体铸件及其铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铸造技术领域，且特别涉及发动机缸体铸件及其铸造方法；包括熔炼铸铁原料，得到铁水；将铁水浇铸于发动机缸体模块，得到粗缸体铸件；对粗缸体铸件进行热处理；其中，熔炼铸铁原料包括在1400‑1500℃将铸铁熔化，向熔化的铸铁通入氮气，静置，再通入氦气，静置后进行浇铸；该铸造方法能够增强发动机缸体的强度、韧性和耐磨性等，而且使发动机缸体各个部位的性质均匀、一致，使发动机缸体不容易出现裂痕、磨损等损伤，提高了发动机缸体整体的机械性能，延长了发动机的使用寿命。

Description

发动机缸体铸件及其铸造方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，且特别涉及发动机缸体铸件及其铸造方法。
背景技术
缸体是发动机上的关键零部件，是发动机工作中最主要的工作部件之一，无论是汽车还是船舶，随着载重马力的不断加大，发动机功率也需要不断提高，以及国家对排放要求越来越严格，发动机所承受的各种负荷在急剧增加，使得发动机向高速、强化、高寿命等方向发展，因此对发动机气缸体的设计和材质性能提出了更为苛刻的要求，尤其是材质性能将直接影响发动机的各项性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机缸体铸件的铸造方法，该铸造方法能够增强发动机缸体的强度、韧性和耐磨性等，而且使发动机缸体各个部位的性质均匀、一致，使发动机缸体不容易出现裂痕、磨损等损伤，提高了发动机缸体整体的机械性能，延长了发动机的使用寿命。
本发明的另一目的在于提供一种发动机缸体铸件，其具有优异的硬度、抗压强度、抗拉强度等，且该发动机缸体各个部位的性质稳定、一致，进而可以提升发动机的各项性能，并延长发动机的使用寿命等，使得发动机更加满足低排放等环保要求。
本发明是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种发动机缸体铸件的铸造方法，其包括熔炼铸铁原料，得到铁水；将铁水浇铸于发动机缸体模块，得到粗缸体铸件；对粗缸体铸件进行热处理；其中，熔炼铸铁原料包括在1400-1500℃将铸铁熔化，向熔化的铸铁通入氮气，静置，再通入氦气，静置后进行浇铸。
本发明提出一种发动机缸体铸件，其是由上述的发动机缸体铸件的铸造方法铸造的。
本发明实施例的发动机缸体铸件及其铸造方法的有益效果是：该铸造方法能够增强发动机缸体的强度、韧性和耐磨性等，而且使发动机缸体各个部位的性质均匀、一致，使发动机缸体不容易出现裂痕、磨损等损伤，提高了发动机缸体整体的机械性能，延长了发动机的使用寿命；还提高了发动机的各项使用性能，使得发动机更加满足低排放等环保要求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的发动机缸体铸件及其铸造方法进行具体说明。
本发明的发动机缸体铸件的制备方法主要包括：熔炼铸铁原料，得到铁水；将铁水浇铸于发动机缸体模块，得到粗缸体铸件；再对粗缸体铸件进行热处理。
详细地，上述熔炼铸铁原料包括在1400-1500℃将铸铁熔化，向熔化的铸铁通入氮气，静置；再通入氦气，静置后再进行浇铸。
进一步地，向熔化后的铸铁通入氮气的时间可以是5-10min，静置的时间可以是20-30min。向熔化后的铸铁通入氮气，可以通过轻质的氮气，将铁水中的细小杂质带到铁水的表面，进而可以将铁水内部的杂质除去，即可以减少制得的发动机缸体中的杂质，使发动机缸体内部结构更加致密，没有因为杂质而产生的细纹、空洞等，进而提高发动机缸体的强度和机械性能等。需要说明的是，在铁水中通了氮气后静置，可以使铁水中残留的氮气缓慢上浮，降低铁水中氮气的含量，进而减少铁水中的气泡，即可以减少制得的发动机缸体铸件中的针孔等，以确保发动机缸体铸件具有优异的抗压强度等。
再进一步地，在通过氮气并静置的铁水中通入氦气，再静置后才进行浇铸工序。上述氦气通入的时间可以是5-10min，静置的时间可以是20-30min。在铁水中再次通入氦气并静置的作用主要是，利用氦气进一步地将铁水中的气体(例如：氮气)排出，即再次确保浇铸出的发动机缸体铸件中没有针孔，提高发动机缸体铸件的硬度，延长发动机的使用寿命。
上述的发动机模块包括芯体、第一模块组件和第二模块组件，芯体设置于第一模块组件的内部，且芯体与第一模块组件之间形成第一浇铸腔。第二模块组件设置于第一模块组件的外部，且可以是贴着第一模块组件的外壁设置的，在其它实施例中，第一模块组件与第二模块组件之间可以有一定的间隙。
进一步地，第一模块组件包括至少两个模块，将每个模块制作成一个型芯，而每个型芯都可以是若干个小坭芯集合成型的，通过组合模块可以组合缸体型腔，并按照型腔浇铸出合适的缸体。用多个模块组合再浇铸缸体的方式，可以在浇筑前对第一模块组件进行精准的调整，进而有效地降低浇铸误差，可避免因尺寸偏差造成的废品。
第一模块组件中的多个模块之间是可拆卸连接的，且相邻的两个模块之间可以是通过交替螺杆进行紧固的。在其它实施例中还可以用螺栓等连接件进行固定。将第一模块组件中的各个模块设置为可拆卸连接的，方便在浇铸完成后，将缸体铸件从第一模块组件中剥离出。
需要说明的是，第二模块组件可以是和第一模块组件类似的多个模块组合的，且多个模块之间也是可拆卸连接的，一方面便于缸体铸件的剥离，另一方面减小浇铸的尺寸误差等。
将上述发动机缸体模块组装后，即可进行浇铸工序，该发动机缸体铸件的浇铸可以分为两次进行(第一次浇铸和第二次浇铸)。详细地，第一次浇铸包括将前述铁水浇铸于上述第一浇铸腔，并且在浇铸时随流第一孕育剂，待自然固化后得到原缸体；在原缸体固化完成后，将第一模块组件去除，在第二模块组件与原缸体之间形成第二浇铸腔，将铁水浇铸于上述第二浇铸腔中，并且在浇铸时随流第二孕育剂，等待自然固化，可以得到粗缸体铸件。
将浇铸分为两次进行具有以下优点：1)每次浇铸时，缸体壁的厚度较薄，但是致密，进而可以提高发动机缸体铸件整体的机械性能、硬度、抗压强度、抗拉强度等；2)分次浇铸可以形成缸体铸件壁的层状结构，多层缸壁的耐磨、抗裂性能明显优于单层缸壁；3)分次进行缸体的浇铸，还可以进一步地降低浇铸的误差，例如：第二次浇铸时可以对第一次浇铸后的误差进行调整，进而降低最终成品的误差。
上述第一孕育剂和第二孕育剂可以是相同的，也可以是不同的，例如：第一孕育剂和第二孕育剂可以都是铸铁用球墨化孕育剂、普通铸铁用以及球墨铸铁用孕育剂或高级加硅脱氧孕育剂等中的一种；第一孕育剂和第二孕育剂不同时，第一孕育剂可以是铸铁用球墨化孕育剂，第二孕育剂可以是高级加硅脱氧孕育剂。在选用不同的第一孕育剂和第二孕育剂时，可以使得制备的发动机缸体铸件的硬度、机械强度、抗压强度等更优异。第一孕育剂和第二孕育剂的添加量均可以时浇铸的铁水重量的0.1-0.3％。
对粗缸体铸件热处理，即可得到本发明的发动机缸体铸件。详细地，上述热处理包括第一次正火、第一次回火、第二次正火和第二次回火，且可以按照第一次正火、第一次回火、第二次正火和第二次回火的顺序进行热处理。第一次正火为以50-60℃/h的升温速率升温至900-1000℃，保温1-2h，冷却；第一次回火为以30-50℃/h的升温速率升温至400-500℃，保温2-3h；第二次正火为以30-50℃/h的升温速率升温至700-800℃保温1-1.5h，冷却；第二次回火为以35-45℃/h的升温速率升温至350-450℃，保温1-2h。正火后的冷却可以在盐溶液中、油中或空气中进行。对粗缸体铸件进行一次正火、一次回火后，即可提高缸体铸件的硬度、强度、耐磨性等，再进行一次温度略低于第一次的正火和回火工序，可以进一步地提高缸体铸件的硬度、强度、耐磨性等。
以下结合实施例对本发明的发动机缸体铸件及其铸造方法作进一步的详细描述。
实施例1
在1400℃条件下，将铸铁原料熔炼，再通入氮气5min，静置20min；再通入氦气5min，静置20min，得到浇铸用的铁水。
将铁水浇铸于发动机缸体模块的第一浇铸腔中，并随入铁水重量的0.1％的第一孕育剂，自然固化；将发动机缸体模块的第一模块组件取下，在原缸体和第二模块组件之间第二次浇铸铁水，并随入铁水重量的0.3％的第二孕育剂，自然固化，即可得到粗缸体铸件。
对粗缸体铸件进行热处理，第一次正火：以50℃/h的升温速率升温至900℃，保温2h，在盐水中冷却；第一次回火：以30℃/h的升温速率升温至400℃，保温2h；第二次正火：以30℃/h的升温速率升温至700℃保温1.5h，在盐水中冷却；第二次回火：以35℃/h的升温速率升温至350℃，保温2h，即可得到发动机缸体铸件。
实施例2
在1500℃条件下，将铸铁原料熔炼，再通入氮气10min，静置30min；再通入氦气10min，静置30min，得到浇铸用的铁水。
将铁水浇铸于发动机缸体模块的第一浇铸腔中，并随入铁水重量的0.3％的第一孕育剂，自然固化；将发动机缸体模块的第一模块组件取下，在原缸体和第二模块组件之间第二次浇铸铁水，并随入铁水重量的0.1％的第二孕育剂，自然固化，即可得到粗缸体铸件。
对粗缸体铸件进行热处理，第一次正火：以60℃/h的升温速率升温至1000℃，保温1h，在空气中冷却；第一次回火：以50℃/h的升温速率升温至500℃，保温3h；第二次正火：以50℃/h的升温速率升温至800℃保温1h，在盐水中冷却；第二次回火：以45℃/h的升温速率升温至450℃，保温1h，即可得到发动机缸体铸件。
实施例3
在1450℃条件下，将铸铁原料熔炼，再通入氮气7min，静置25min；再通入氦气8min，静置25min，得到浇铸用的铁水。
将铁水浇铸于发动机缸体模块的第一浇铸腔中，并随入铁水重量的0.2％的第一孕育剂，自然固化；将发动机缸体模块的第一模块组件取下，在原缸体和第二模块组件之间第二次浇铸铁水，并随入铁水重量的0.2％的第二孕育剂，自然固化，即可得到粗缸体铸件。
对粗缸体铸件进行热处理，第一次正火：以55℃/h的升温速率升温至950℃，保温1.5h，在空气中冷却；第一次回火：以40℃/h的升温速率升温至450℃，保温2.5h；第二次正火：以40℃/h的升温速率升温至750℃保温1.2h，在盐水中冷却；第二次回火：以40℃/h的升温速率升温至400℃，保温1.5h，即可得到发动机缸体铸件。
实施例4
在1470℃条件下，将铸铁原料熔炼，再通入氮气6min，静置27min；再通入氦气7min，静置27min，得到浇铸用的铁水。
将铁水浇铸于发动机缸体模块的第一浇铸腔中，并随入铁水重量的0.3％的第一孕育剂(球墨化孕育剂)，自然固化；将发动机缸体模块的第一模块组件取下，在原缸体和第二模块组件之间第二次浇铸铁水，并随入铁水重量的0.2％的第二孕育剂(球墨化孕育剂)，自然固化，即可得到粗缸体铸件。
对粗缸体铸件进行热处理，第一次正火：以52℃/h的升温速率升温至920℃，保温1.8h，在空气中冷却；第一次回火：以45℃/h的升温速率升温至480℃，保温2.3h；第二次正火：以45℃/h的升温速率升温至780℃保温1.1h，在盐水中冷却；第二次回火：以42℃/h的升温速率升温至420℃，保温1.7h，即可得到发动机缸体铸件。
实施例5
在1475℃条件下，将铸铁原料熔炼，再通入氮气9min，静置22min；再通入氦气5min，静置28min，得到浇铸用的铁水。
将铁水浇铸于发动机缸体模块的第一浇铸腔中，并随入铁水重量的0.1％的第一孕育剂(球墨化孕育剂)，自然固化；将发动机缸体模块的第一模块组件取下，在原缸体和第二模块组件之间第二次浇铸铁水，并随入铁水重量的0.1％的第二孕育剂(高级加硅脱氧孕育剂)，自然固化，即可得到粗缸体铸件。
对粗缸体铸件进行热处理，第一次正火：以52℃/h的升温速率升温至970℃，保温1.7h，在空气中冷却；第一次回火：以45℃/h的升温速率升温至470℃，保温2.3h；第二次正火：以37℃/h的升温速率升温至770℃保温1.3h，在盐水中冷却；第二次回火：以42℃/h的升温速率升温至420℃，保温1.4h，即可得到发动机缸体铸件。
实施例6
在1420℃条件下，将铸铁原料熔炼，再通入氮气6min，静置27min；再通入氦气6min，静置22min，得到浇铸用的铁水。
将铁水浇铸于发动机缸体模块的第一浇铸腔中，并随入铁水重量的0.2％的第一孕育剂，自然固化；将发动机缸体模块的第一模块组件取下，在原缸体和第二模块组件之间第二次浇铸铁水，并随入铁水重量的0.3％的第二孕育剂，自然固化，即可得到粗缸体铸件。
对粗缸体铸件进行热处理，第一次正火：以58℃/h的升温速率升温至980℃，保温1.8h，在空气中冷却；第一次回火：以42℃/h的升温速率升温至420℃，保温2.7h；第二次正火：以38℃/h的升温速率升温至720℃保温1.5h，在盐水中冷却；第二次回火：以38℃/h的升温速率升温至380℃，保温1.6h，即可得到发动机缸体铸件。
对比例1
对比例1制备发动机缸体铸件的方法与实施例1的方法大致相同，不同之处在于，对比例1中的铁水中没有通入氮气和氦气，其它步骤参照实施例1进行。
对比例2
对比例2的发动机缸体铸件的制备方法与实施例1相似，不同之处在于，对比例2仅采用了一次浇铸，其它工序参照实施例1进行。
对比例3
对比例3的发动机缸体铸件的制备方法与实施例1相似，不同之处在于，对比例3仅采用一次正火和一次回火，其它工序参照实施例1进行。
比较实施例1-6和对比例1-3的发动机缸体铸件的硬度(布氏硬度)、抗压强度和抗拉强度，测试方法参照GB/T 9439-2010进行，结果见表1。
表1各组发动机铸铁铸件的硬度、抗压强度和抗拉强度
由表1的结果可知，实施例1-5和对比例1相比，缸体铸件的硬度、抗拉强度和抗压强度都更大，即在铁水中通入氮气和氦气后铸造的缸体具有更大的硬度、抗压强度和抗拉强度；实施例1-5和对比例2相比，缸体铸件的硬度、抗拉强度和抗压强度都更大，即采用分次浇铸铸造的缸体铸件具有更大的硬度、抗压强度和抗拉强度；实施例1-5和对比例3相比，缸体铸件的硬度、抗拉强度和抗压强度都更大，即采用多次正火和多次回火，且交替进行铸造的缸体铸件具有更大的硬度、抗压强度和抗拉强度。
综上所述，本发明实施例的发动机缸体铸件及其铸造方法的有益效果是：该铸造方法能够增强发动机缸体的强度、韧性和耐磨性等，而且使发动机缸体各个部位的性质均匀、一致，使发动机缸体不容易出现裂痕、磨损等损伤，提高了发动机缸体整体的机械性能，延长了发动机的使用寿命；还提高了发动机的各项使用性能，使得发动机更加满足低排放等环保要求。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，包括熔炼铸铁原料，得到铁水；将所述铁水浇铸于发动机缸体模块，得到粗缸体铸件；对所述粗缸体铸件进行热处理；其中，
所述熔炼铸铁原料包括在1400-1500℃将铸铁熔化，向熔化的铸铁通入氮气，静置，再通入氦气，静置后进行浇铸。
2.根据权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，所述发动机缸体模块包括芯体、第一模块组件和第二模块组件，所述芯体设置于所述第一模块组件的内部，所述芯体与所述第一模块组件之间形成第一浇铸腔，所述第一模块组件设置于所述第二模块组件内部。
3.根据权利要求2所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，所述第一模块组件包括至少两个模块，将每一个所述模块制作成一个型芯。
4.根据权利要求3所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，相邻的两个所述模块为可拆卸连接。
5.根据权利要求2所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，所述浇铸包括第一次浇铸和第二次浇铸，所述第一次浇铸包括将所述铁水浇铸于所述第一浇铸腔，并在进行第一次浇铸时随流第一孕育剂，得到原缸体；所述第二次浇铸包括将所述原缸体外部的所述第一模块组件取下，将所述铁水浇铸于所述原缸体与所述第二模块组件之间的第二浇铸腔。
6.根据权利要求5所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，所述第二次浇铸还包括将所述铁水浇铸于所述第二浇铸腔时，随流第二孕育剂。
7.根据权利要求1所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，所述热处理依次包括第一次正火、第一次回火、第二次正火和第二次回火。
8.根据权利要求7所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，所述第一次正火为以50-60℃/h的升温速率升温至900-1000℃，保温1-2h；所述第二次正火为以30-50℃/h的升温速率升温至700-800℃保温1-1.5h。
9.根据权利要求7所述的发动机缸体铸件的铸造方法，其特征在于，所述第一次回火为以30-50℃/h的升温速率升温至400-500℃，保温2-3h；所述第二次回火为以35-45℃/h的升温速率升温至350-450℃，保温1-2h。
10.一种发动机缸体铸件，其特征在于，所述发动机缸体铸件是由权利要求1-9任一项所述的发动机缸体铸件的铸造方法铸造的。
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