CN107790680A - 一种铝铁双金属缸体的铸造方法 - Google Patents

一种铝铁双金属缸体的铸造方法 Download PDF

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Abstract

一种铝铁双金属缸体的铸造方法，属于合金制备技术领域，包括：制备缸套、铸铁除污除锈处理、铸铁去应力退火处理、助镀剂处理、铝合金精炼及加铬、模具刷保温涂料、热浸镀处理、浇铸。热浸镀铝不仅使铸铁表面形成了一层中间相层，而且在其表面也粘上了一层未完全凝固的铝合金层，它在涛铸过程中易与浇铸的铝合金融合，形成了完整的冶金结合，提高了合金的界面结合能力和性能。

Description

一种铝铁双金属缸体的铸造方法
技术领域
本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种铝铁双金属缸体的铸造方法。
背景技术
复合材料由于能将不同材料的优势结合起来，在全球的各个领域都正在发挥着越来越重要的作用；关于复合材料的研究，也吸引着越来越多专家和学者的目光。而双金属复合铸造材料，由于采用铸造方法合成，工艺简单，成本低廉，具有很大的应用前景，但是浇注过程中两种金属接触时间短，降温速度快，严重影响着二者的结合，这也成为制约双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈。因此，如何使双金属铸件具有良好的结合和性能，有待进一步的研究。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铝铁双金属缸体的铸造方法，意在提高合金的界面结合能力和性能。
本发明采用以下技术方案：
一种铝铁双金属缸体的铸造方法，包括以下步骤：
步骤一：由片状石墨铸铁并添加质量百分比1％-2％的铬、钼及镍元素，用离心铸造法制作缸套，缸套的形状为管状；
步骤二：将缸套用砂纸打磨，以除去表面氧化层，然后先后用无水乙醇和质量浓度30％的稀盐酸对缸套进行表面除污除锈处理，再将缸套置于质量浓度为5％的氧氧化钠水溶液中浸泡10min，以除去表面的油污，去污处理后将缸套用清水清洗，然后烘干放在干燥的环境中待用；
步骤三：缸套去应力退火处理，缓慢加热到500℃-700℃，加热15h-20h后冷却至室温；
步骤四：选用含质量百分比46％KF和54％KCl的水溶液为助镀剂，溶液浓度为100g/L，将缸套浸入温度为80±5℃的助镀剂中处理10min，然后匀速取出，并在150±5℃温度下烘干，并于200℃-300℃对缸套进行预热处理并保温，预热温度为200℃-300℃；
步骤五：用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，熔炼温度在700℃±20℃，用重量百分比0.6％的C2Cl6精炼，静置20min后，向铝合金熔体中加入质量百分比2％的铬，用石墨搅拌棒搅拌均匀，并于700℃保温；
步骤六：浇铸前将浇铸保温涂料刷在模具上，使用涂料后的模具提前预热至500℃；
步骤七：将缸套浸入到铝合金熔体中开始热浸镀工艺，热浸镀时间为15min，将热浸镀处理后的缸套迅速取出并固定在模具中，在20秒内完成浇铸，浇铸完成后迅速将缸套置于离心机内，开启离心机以400-600rpm的速度旋转，至铝合金逐渐冷却至凝固；
步骤八：将浇铸完的缸套于500℃固溶处理4h，再于200℃时效处理6h。
优选的，步骤二中所述的砂纸为400目的SiC砂纸。
优选的，步骤七中所述的浇铸速度为1.5kg/s。
优选的，所述的铝合金含有以下重量百分比的成分：Si6.5％-7.5％、Mg0.25％-0.45％、Ti0.08％-0.2％、Mn0％-0.1％、余量为Al。
优选的，所述的石墨铸铁包含以下重量百分比的成分：C3.4％-3.6％、Si2.4％-2.6％、Mn0.3％-0.6％、S0％-0.02％、P0％-0.07％、余量为Fe。
本发明的有益效果在于：
1)铸铁表面热浸镀铝的处理目的有两个，第一是作为基体金属的预热处理，第二个是经过预处理的铸铁其润湿性提高。这样的操作是因为一般在芯材的表面发生溶融时，芯材与金属液更容易实现冶金结合。因为对芯材进行预热而且温度越高，能为界面的冶金结合提供更多的能量：第一，预热减少了其对金属液的激冷作用，保持了整体材料的温度；第二，芯材温度越高，原子具有的能量越高，从而摆脱金属键约束的能力增强，原子扩散的能力大大加强，扩散层宽度增加，界面结合强度也越高。其次热浸镀铝提供的高温环境可促进原子的扩散，这更易触发铝/铁间的冶金反应并使其在浇铸前就形成一个中间相层(即冶金结合层)；热浸镀铝不仅使铸铁表面形成了一层中间相层，而且在其表面也粘上了一层未完全凝固的铝合金层，它在浇铸过程中易与浇铸的铝合金融合，形成了完整的冶金结合。当热浸镀15min，扩散最为充分，形成的过渡区最宽，在50um左右，有效提高了合金的界面结合能力和性能。
2)模具导热性良好，浇铸后温度降低比较快，故浇铸前将保温作用较好的涂料刷在模具上。
3)加入铬后，明显地促进了原子的扩散水平，过渡区较未加合金元素的试样明显变宽，且原子发生了长程扩散在的区域内和其他元素一起以金属间化合物或者固溶体的形式析出。
4)固溶处理和时效处理可以明显地促进原子的扩散，过渡区明显变宽。
5)助镀剂在助镀处理过程中包覆在铸铁表面，形成一层均匀的盐膜；在热浸过程中，铸铁试样表面的盐膜瞬间熔化，使铝熔体在铸铁试样表面迅速润湿并发生冶金反应，最后助镀剂融入铝熔体中形成渣滓。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
一种铝铁双金属缸体的铸造方法，包括以下步骤：
步骤一：由片状石墨铸铁并添加质量百分比1％-2％的铬、钼及镍元素，用离心铸造法制作缸套，缸套的形状为管状；
步骤二：将缸套用砂纸打磨，以除去表面氧化层，然后先后用无水乙醇和质量浓度30％的稀盐酸对缸套进行表面除污除锈处理，再将缸套置于质量浓度为5％的氧氧化钠水溶液中浸泡10min，以除去表面的油污，去污处理后将缸套用清水清洗，然后烘干放在干燥的环境中待用；
步骤三：缸套去应力退火处理，缓慢加热到500℃-700℃，加热15h-20h后冷却至室温；
步骤四：选用含质量百分比46％KF和54％KCl的水溶液为助镀剂，溶液浓度为100g/L，将缸套浸入温度为80±5℃的助镀剂中处理10min，然后匀速取出，并在150±5℃温度下烘干，并于200℃-300℃对缸套进行预热处理并保温，预热温度为200℃-300℃；
步骤五：用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，熔炼温度在700℃±20℃，用重量百分比0.6％的C2Cl6精炼，静置20min后，向铝合金熔体中加入质量百分比2％的铬，用石墨搅拌棒搅拌均匀，并于700℃保温；
步骤六：浇铸前将浇铸保温涂料刷在模具上，使用涂料后的模具提前预热至500℃；
步骤七：将缸套浸入到铝合金熔体中开始热浸镀工艺，热浸镀时间为15min，将热浸镀处理后的缸套迅速取出并固定在模具中，在20秒内完成浇铸，浇铸完成后迅速将缸套置于离心机内，开启离心机以400-600rpm的速度旋转，至铝合金逐渐冷却至凝固；
步骤八：将浇铸完的缸套于500℃固溶处理4h，再于200℃时效处理6h。
步骤二中所述的砂纸为400目的SiC砂纸。
步骤七中所述的浇铸速度为1.5kg/s。
所述的铝合金含有以下重量百分比的成分：Si6.5％-7.5％、Mg0.25％-0.45％、Ti0.08％-0.2％、Mn0％-0.1％、余量为Al。
所述的石墨铸铁包含以下重量百分比的成分：C3.4％-3.6％、Si2.4％-2.6％、Mn0.3％-0.6％、S0％-0.02％、P0％-0.07％、余量为Fe。

Claims (5)

1.一种铝铁双金属缸体的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：由片状石墨铸铁并添加质量百分比1％-2％的铬、钼及镍元素，用离心铸造法制作缸套，缸套的形状为管状；
步骤二：将缸套用砂纸打磨，以除去表面氧化层，然后先后用无水乙醇和质量浓度30％的稀盐酸对缸套进行表面除污除锈处理，再将缸套置于质量浓度为5％的氧氧化钠水溶液中浸泡10min，以除去表面的油污，去污处理后将缸套用清水清洗，然后烘干放在干燥的环境中待用；
步骤三：缸套去应力退火处理，缓慢加热到500℃-700℃，加热15h-20h后冷却至室温；
步骤四：选用含质量百分比46％KF和54％KCl的水溶液为助镀剂，溶液浓度为100g/L，将缸套浸入温度为80±5℃的助镀剂中处理10min，然后匀速取出，并在150±5℃温度下烘干，并于200℃-300℃对缸套进行预热处理并保温，预热温度为200℃-300℃；
步骤五：用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，熔炼温度在700℃±20℃，用重量百分比0.6％的C2Cl6精炼，静置20min后，向铝合金熔体中加入质量百分比2％的铬，用石墨搅拌棒搅拌均匀，并于700℃保温；
步骤六：浇铸前将浇铸保温涂料刷在模具上，使用涂料后的模具提前预热至500℃；
步骤七：将缸套浸入到铝合金熔体中开始热浸镀工艺，热浸镀时间为15min，将热浸镀处理后的缸套迅速取出并固定在模具中，在20秒内完成浇铸，浇铸完成后迅速将缸套置于离心机内，开启离心机以400-600rpm的速度旋转，至铝合金逐渐冷却至凝固；
步骤八：将浇铸完的缸套于500℃固溶处理4h，再于200℃时效处理6h。
2.根据权利要求1所述的一种铝铁双金属缸体的铸造方法，其特征在于：步骤二中所述的砂纸为400目的SiC砂纸。
3.根据权利要求1所述的一种铝铁双金属缸体的铸造方法，其特征在于：步骤七中所述的浇铸速度为1.5kg/s。
4.根据权利要求1所述的一种铝铁双金属缸体的铸造方法，其特征在于，所述的铝合金含有以下重量百分比的成分：Si6.5％-7.5％、Mg0.25％-0.45％、Ti0.08％-0.2％、Mn0％-0.1％、余量为Al。
5.根据权利要求1所述的一种铝铁双金属缸体的铸造方法，其特征在于，所述的石墨铸铁包含以下重量百分比的成分：C3.4％-3.6％、Si2.4％-2.6％、Mn0.3％-0.6％、S0％-0.02％、P0％-0.07％、余量为Fe。
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