CN108486426A - 发动机缸盖及铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机缸盖及铸造方法,能够解决缸盖进气道冷隔的问题。发动机缸盖材料成分及质量百分数配比为:Si:8.0%~9.0%,Cu:0.5%~0.8%,Zn:0.2~0.5%,Fe:0.1~0.2%,Mn:0.15~0.25%,Fe和Mn总量不超过0.3%,其余为Al。发动机缸盖的铸造方法,包括以下步骤:熔化、细化处理、变质处理、二次精炼、装模熔炼、一次时效处理、二次时效处理,变质剂按质量百分比构成为:碳酸锶50%,磷酸二氢钙20wt%,氯化钾20wt%,氟化钙8wt%和氧化锌2wt%,所述精炼剂按质量百分比构成为:氟硅酸钠35%、六氯乙烷15%,氯化钾为50%。

Description

发动机缸盖及铸造方法
技术领域
本发明涉及铝合金制造技术领域,尤其涉及一种发动机缸盖及铸造方法。
背景技术
随着汽车轻量化、精密化、强韧化和复合化的要求,气缸盖的结构越来越复杂,对铸件的要求也越来越高。而传统的铸造方法越来越难以满足日益提高的市场要求,因此,发展及应用新的铸造方法来获得高质量、低成本的缸盖铸件将成为一种必然趋势。铝合金缸盖铸件由最初的砂型铸造到外形金属型内腔砂芯成形的半金属型铸造再到低压铸造。半金属型铸造的浇铸方案有三种:顶注方案、侧注方案、底注方案。顶注方案:这种方案模具结构简单,使用、调试、维护方便,造价低。铸件工艺出品率高,浇冒口切除也较方便。缺点:对于易氧化的铝合金、型腔又十分复杂的缸盖不太适合,容易出现铸件上出现氧化夹杂、冷豆等缺陷。侧注方案:这种浇注方案介乎于顶住和底注之间。就铸件的浇注位置而言,对缸盖大量需要补缩的下部来说是顶注。由于缸盖进排气道位置一般偏下即偏燃烧室面),合金液跌落高度很低,飞溅虽有但不严重,浇口顺气道与水道壁厚流动,阻力不大,对形成壁厚的复杂砂芯冲刷较轻微;对浇口以上而言,是底注,存在温度梯度倒置的问题,但不大。若能由浇口将热水引入顶冒口会使本来不大的温度梯度倒置得到一些改善。如果采用一面进水,可以再采用倾转浇注的方法会有更好的效果。缺点是模具结构较为复杂;铸件浇口上下部分的铸件进、排气面,因分别由砂芯和金属型形成会出现同一面的外观差异和尺寸段差。侧注方案用砂量较大,对侧面砂芯要求较高,模具结构较为复杂,工艺出品率较低,浇冒口切除较为困难,该方案生产成本较顶注高。底注方案对于易氧化合金,底注无疑是最好的浇注方案。但对于缸盖而言则未必。几乎所有缸盖,需要补缩的部分均在铸件浇注位置的下部,使用底注方案会增加补缩的难度。再加上底注方案的温度梯度是倒置的,更是增加了补缩困难。即使解决了补缩问题,也还有可能存在燃烧室面晶粒粗大而使承受热负荷能力降低的问题。这个问题尤其易发生在柴油机缸盖铸件上。为此,在浇注时一是需要加快浇注速度。二是要放置较大的冒口,三是必要时需设置模具冷却系统。这三个方法可以减少底注对铸件,收缩和抗热负荷能力的的影响。底注方案的浇注系统使模具较大而使“模比”较大,使模具的热平衡难以控制,因此有可能增加模具冷却系统,使其模具结构十分复杂。不但模具费用很高,安装、调试、维护及生产过程的模温控制也较为困难。如果没有能对浇注参数进行自动控制的浇注生产线,现场工艺管理会较以上两种方案困难。底注方案最不可取的就是较低甚至很低的工艺出品率而使熔化成本升高。同时还带来回炉料的使用比例问题。它是成本最高的一种方案。三方案各有优缺点,没有哪一种方案最好只有哪一种方案最合适。三种方案的任何一种只要能充分发挥其优点,切实避免其缺点,都能做好缸盖铸件。至于选用哪种方案,可以按照铸件结构、合金系列、质量关重点的取舍、成本设计、生产组织和生产习惯进行选择。完全没有选用哪种方案就是对另一种方案的技术否定或提升的问题。由于铸造工艺过程复杂,影响因素较多,在生产过程中不能认为有了合适的浇注方案和正确的浇注系统就一定会获得较高合格率而忽视工艺管理。而工艺管理是在这两个前提下控制铸件生产合格率的关键所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机缸盖及铸造方法,能够解决缸盖进气道冷隔的问题,产品合格率高。
本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现:
一种发动机缸盖,发动机缸盖材料成分及质量百分数配比为:Si:8 .0%~9 .0%,Cu:0 .5%~0 .8%,Zn:0 .2~0 .5%,Fe:0.1~0.2%,Mn:0.15~0.25%,Fe 和Mn总量不超过0.3%,其余为Al。
一种发动机缸盖的铸造方法,包括以下步骤:
(1)熔化:按权利要求1所述配重比称取各炉料,将上述炉料加入熔化炉中,熔化炉温度为800±20℃,当炉料开始融化时加入精炼剂,炉料全部融化后加入精炼剂,去掉渣滓,得铝合金溶液;
(2)细化处理:将步骤(1)中的铝合金溶液的温度调整到720℃~740℃,采用细化剂进行细化处理,细化剂加入量按重量百分比计为铝合金溶液的1.5~1.6%;
(3)变质处理:将步骤(2)中的铝合金溶液的温度调整到到700℃~720℃,采用变质剂进行变质处理,变质剂加入量为熔炼铝合金溶液总质量的0 .3%~0 .5%,控制铝合金溶液Sr的含量为1.4~1.5%;
(4)二次精炼:向将步骤(3)中的铝合金溶液再次加入精炼剂进行精炼处理,最后撇渣,调整铝合金溶液中Na含量在0.0002~0.0.0005%,并将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中,铝合金溶液的温度调整到680℃~700℃待浇;
(5)装模熔炼:将铝合金溶液倒入模具中,设定低压铸造工艺参数,即升液压力0.03MPa~0 .04MPa,升液速率30mm/s~50mm/s,充型压力0 .07MPa~0 .08MPa,充型速率50mm/s~80mm/s,保压压力0 .14MPa~0 .15MPa,保压时间20s~30s,卸压,完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程,开模,取出铸件;
(6)一次时效处理:将步骤(5)中的铸件在510℃~530℃,保温10 h ~12h;;
(7)二次时效处理:时效温度165±5℃,保温时间6h~8h,取出空冷即可。
发动机缸盖的铸造方法优选方案,所述变质剂按质量百分比构成为:碳酸锶50%,磷酸二氢钙20wt%,氯化钾20wt%,氟化钙8wt%和氧化锌2wt%。
发动机缸盖的铸造方法优选方案,所述精炼剂按质量百分比构成为:氟硅酸钠35%、六氯乙烷15%,氯化钾为50%,铝合金料料开始融化时精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.3~0.6%,铝合金料料全部融化后加入精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.8~1.2%,二次精炼时加入精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.5~0.8%。
发动机缸盖的铸造方法优选方案,所述细化剂采用Al~5Ti~B 中间合金,并调整铝液中铁、硅的含量,其中:Fe ≤ 0.15%,Si 的含量在8.5%~8.9% 之间。
本发明的优点在于:选用新型合金材质和合适的铸造工艺制得的发动机缸盖,能够解决缸盖进气道冷隔的问题,产品合格率高。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
一种发动机缸盖,发动机缸盖材料成分及质量百分数配比为:Si:8 .0%~9 .0%,Cu:0 .5%~0 .8%,Zn:0 .2~0 .5%,Fe:0.1~0.2%,Mn:0.15~0.25%,Fe 和Mn总量不超过0.3%,其余为Al。
一种发动机缸盖的铸造方法,包括以下步骤:
(1)熔化:按所述配重比称取各炉料,将上述炉料加入熔化炉中,熔化炉温度为800±20℃,当炉料开始融化时加入精炼剂,炉料全部融化后加入精炼剂,去掉渣滓,得铝合金溶液;
(2)细化处理:将步骤(1)中的铝合金溶液的温度调整到720℃~740℃,采用细化剂进行细化处理,细化剂加入量按重量百分比计为铝合金溶液的1.5~1.6%;
(3)变质处理:将步骤(2)中的铝合金溶液的温度调整到到700℃~720℃,采用变质剂进行变质处理,变质剂加入量为熔炼铝合金溶液总质量的0 .3%~0 .5%,控制铝合金溶液Sr的含量为1.4~1.5%;
(4)二次精炼:向将步骤(3)中的铝合金溶液再次加入精炼剂进行精炼处理,最后撇渣,调整铝合金溶液中Na含量在0.0002~0.0.0005%,并将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中,铝合金溶液的温度调整到680℃~700℃待浇;
(5)装模熔炼:将铝合金溶液倒入模具中,设定低压铸造工艺参数,即升液压力0.03MPa~0 .04MPa,升液速率30mm/s~50mm/s,充型压力0 .07MPa~0 .08MPa,充型速率50mm/s~80mm/s,保压压力0 .14MPa~0 .15MPa,保压时间20s~30s,卸压,完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程,开模,取出铸件;
(6)一次时效处理:将步骤(5)中的铸件在510℃~530℃,保温10 h ~12h;
(7)二次时效处理:经一次时效处理的零件在温度165±5℃,保温6h~8h,取出空冷即可。
所述变质剂按质量百分比构成为:碳酸锶50%,磷酸二氢钙20wt%,氯化钾20wt%,氟化钙8wt%和氧化锌2wt%。
所述精炼剂按质量百分比构成为:氟硅酸钠35%、六氯乙烷15%,氯化钾为50%,炉料开始融化时精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.3~0.6%,炉料全部融化后加入精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.8~1.2%,二次精炼时加入精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.5~0.8%。
所述细化剂采用Al~5Ti~B 中间合金,并调整铝液中铁、硅的含量,其中:Fe ≤0.15%,Si 的含量在8.5%~8.9% 之间。
对利用本发明方法制造的缸盖进行测试得到:抗拉强度420~450MPa,延伸率8~12%,硬度150~170HB。
对比试验1
为了确定变质剂加入量对铝合金铸件的致密性影响,申请人进行了以下试验:一台熔化炉内Sr含量控制在1.1~1.2%之间,除气时间:15分钟;另一台熔化炉内Sr含量控制在1.4~1.5%之间,除气时间:25分钟;试验结果:Sr含量的提高,除气时间延长,可以对冷隔现象起到一定的改善效果。
对比试验2
与实施例1区别之处在于:所述变质剂按质量百分比构成为:碳酸锶60%,磷酸二氢钙20wt%,氯化钾20wt%。实施例1低倍试验检查无气孔缺陷,晶粒度为5级,高倍试验检查无出晶硅,共晶硅尺寸细小;对比试验2低倍试验检查中心微气孔,晶粒度为4级,高倍试验检查有少量出晶硅,共晶硅尺寸大。
对比试验3
与实施例1区别之处在于:Na含量在0.0008~0.0.001%,实施例1:没有出现冷隔的现象,并且进气道隔板成型较好;对比试验3出现冷隔现象。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发动机缸盖,其特征在于:发动机缸盖材料成分及质量百分数配比为:Si:8.0%~9 .0%,Cu:0 .5%~0 .8%,Zn:0 .2~0 .5%,Fe:0.1~0.2%,Mn:0.15~0.25%,Fe和Mn总量不超过0 .3%,其余为Al。
2.一种发动机缸盖的铸造方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)熔化:按权利要求1所述配重比称取各炉料,将上述炉料加入熔化炉中,熔化炉温度为800±20℃,当炉料开始融化时加入精炼剂,炉料全部融化后加入精炼剂,去掉渣滓,得铝合金溶液;
(2)细化处理:将步骤(1)中的铝合金溶液的温度调整到720℃~740℃,采用细化剂进行细化处理,细化剂加入量按重量百分比计为铝合金溶液的1.5~1.6%;
(3)变质处理:将步骤(2)中的铝合金溶液的温度调整到到700℃~720℃,采用变质剂进行变质处理,变质剂加入量为熔炼铝合金溶液总质量的0 .3%~0 .5%,控制铝合金溶液Sr的含量为1.4~1.5%;
(4)二次精炼:向将步骤(3)中的铝合金溶液再次加入精炼剂进行精炼处理,最后撇渣,调整铝合金溶液中Na含量在0.0002~0.0.0005%,并将铝合金溶液转入低压铸造机保温炉中,铝合金溶液的温度调整到680℃~700℃待浇;
(5)装模熔炼:将铝合金溶液倒入模具中,设定低压铸造工艺参数,即升液压力0.03MPa~0 .04MPa,升液速率30mm/s~50mm/s,充型压力0 .07MPa~0 .08MPa,充型速率50mm/s~80mm/s,保压压力0 .14MPa~0 .15MPa,保压时间20s~30s,卸压,完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程,开模,取出铸件;
(6)一次时效处理:将步骤(5)中的铸件在510℃~530℃,保温10 h ~12h;;
(7)二次时效处理:时效温度165±5℃,保温时间6h~8h,取出空冷即可。
3.根据权利要求2发动机缸盖的铸造方法,其特征在于:所述变质剂按质量百分比构成为:碳酸锶50%,磷酸二氢钙20wt%,氯化钾20wt%,氟化钙8wt%和氧化锌2wt%。
4.根据权利要求2发动机缸盖的铸造方法,其特征在于:所述精炼剂按质量百分比构成为:氟硅酸钠35%、六氯乙烷15%,氯化钾为50%,铝合金料料开始融化时精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.3~0.6%,铝合金料料全部融化后加入精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.8~1.2%,二次精炼时加入精炼剂加入量按重量百分比计为铝硅液的0.5~0.8%。
5.根据权利要求2发动机缸盖的铸造方法,其特征在于:所述细化剂采用Al~5Ti~B中间合金,并调整铝液中铁、硅的含量,其中:Fe ≤ 0.15%,Si 的含量在8.5%~8.9% 之间。
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