CN108715974A - 高强度燃气缸盖及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度燃气缸盖及其生产工艺，包括：步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，采用中频感应电炉进行熔炼，将熔炼温度控制在1500‑1550℃，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底20‑40％炉深处，吹气时间5‑8分钟，然后出铁水；步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法；步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育；步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，直至室温。本发明提供的工艺设计合理，其减去了热处理工序，降低了生产成本，减少环境污染，通过该工艺得到的燃气缸盖，其力学性能均得到提高。

Description

高强度燃气缸盖及其生产工艺
技术领域
本发明涉及燃气发动机缸盖的制造技术领域，尤其涉及一种高强度燃气缸盖及其生产工艺。
背景技术
燃气发动机是一种能够把其它形式的能转化为另一种能的机器，通常是把化学能转化为机械能，发动机包括气缸和气缸盖，气缸盖安装在气缸的上部，从上部密封气缸并构成燃烧室。
在缸体缸盖生产过程中常因冶炼铁液孕育环节孕育效果不良导致毛坯铸件硬度不均、加工性能差、缩松渗漏等缺陷，从而导致缸体缸盖废品产生，因而，如何选择优良的孕育剂和正确的使用方法来指导生产正常运行成为现今必须攻克的难题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的燃气缸盖的生产工艺，以提高缸盖产品的强度。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是通过改进的生产工艺来提高燃气缸盖的强度等性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种高强度燃气缸盖的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，生铁和碳素废钢按重量比7:3的比例进行熔炼；采用中频感应电炉将配好的金属炉料进行熔炼，将熔炼温度控制在1500-1550℃，全部熔化后检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，控制铁水中Mn含量范围0.25-0.30wt％，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底20-40％炉深处，吹气时间5-8分钟，然后出铁水，吹气过程中，应保持铁水表面平稳而不出现明显的翻腾现象，以防卷入气体降低净化效果；
步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法，在球化包凹坑内加入球化剂，球化剂加入量为处理铁水重量的1.3-1.8％，紧实，接着使用铁水总重量0.7-1.0％的第一孕育剂覆盖在球化剂上，然后将两小块生铁压在上部，当铁水温度达到1460-1480℃时，将铁水总量的四分之三冲入球化包内，完成球化处理和第一次孕育处理，随后补铁水；
步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，将球化包中的铁水静置扒渣，然后进行浇注铸型，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育，第二孕育剂的加入量为铁水总重量0.3-0.4％，使用前对第二孕育剂进行烘干处理，浇注时在直浇道底部放置有泡沫陶瓷过滤片；
步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，直至室温。
进一步地，步骤(1)中，配炉料时还加入含碳量为98％的石墨增碳剂。
进一步地，步骤(1)中，氩气的吹气深度在距离炉底三分之一炉深处。
进一步地，步骤(2)中采用的球化剂的组成为：Mg：5.5-6.5％，Si：44-48％，Ba：2-3％，Ca：1-1.4％，RE：1.0-1.5％，其中RE中重稀土元素Y的质量百分含量≥50％，其余为Fe。
进一步地，步骤(2)中的第一孕育剂选用75SiFe孕育剂，粒度为5-10mm。
进一步地，步骤(3)中的第二孕育剂选用SiSr孕育剂，粒度为0.5-1.0mm。其中，SiSr孕育剂的主要组成按质量百分比为：Si：72-78％，Sr：0.75-0.95％，Ca：0.05-0.15％，Al：0.30-0.40％。SiSr孕育剂多用于薄壁和形状较复杂的铸件上，例如缸体缸盖等。硅锶孕育剂的孕育作用很强，因为其含有足量的硅元素，另外少量的锶(小于2％)对改善灰铁和球铁石墨形态、提高断面均匀性具有明显益处，还有使孕育衰退延长的特点。
进一步地，步骤(3)中，第二孕育剂的烘干温度为200-300℃，烘干时间为10-20分钟。
进一步地，步骤(4)中，利用铸件自身的余热进行热处理的工艺控制条件为：在920-980℃保温2-5小时，再降温至700-750℃保温36小时，最后在炉冷600℃以下出炉空冷直室温即可。
本发明还提供了根据上述工艺得到的高强度燃气缸盖，其以重量百分比表示的化学成分为：C 3.5-3.8％，Si 1.9-2.3％，Mn 0.25-0.3％，Cu 0.6-1.0％，Ti 0.08-0.12％，S0.06-0.08％，Mg 0.005-0.015％，RE 0.005-0.015％，P≤0.03％，其余为Fe。
优选地，上述燃气缸盖中的化学成分：C 3.8％，Si 2.2％，Mn 0.28％，Cu 0.8％，Ti 0.12％，S 0.06-0.08％，Mg 0.005-0.015％，RE 0.005-0.015％，P≤0.03％，其余为Fe。
技术效果：
本发明在铁水熔炼后加入适量球化剂、孕育剂，可使结晶时晶粒更加细小均匀，改善铸件本体组织，提高石墨球数和圆整度；使用高温石墨化增碳剂，增碳剂经过高温石墨化处理后，碳原子从原来的无序排列状态过渡到有序状态，添加剂中的石墨能成为石墨形核的优质核心，从而促进石墨化。上述处理起到了孕育细化晶粒的效果，改善了球化效果和孕育质量，减少了杂质，提高了铸件的质量与性能。
本发明采用两次孕育，并且二次孕育时进行随流孕育，有助于提高球化率，防止铸件球化衰退，保证孕育效果，并且，本发明选用的SiSr孕育剂是适用于缸体、缸盖等薄壁铸铁件生产的一种高效、长效孕育剂，在缸体缸盖生产上能有效消除白口能力，减少铸件缩松、渗漏的作用。
由于本发明可利用铸件凝固后自身的余热对铸件进行后续热处理，因而节约了能源并降低了成本，减少了环境污染。
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
实施例1
本实施例中提供的高强度燃气缸盖的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，生铁和碳素废钢按重量比7:3的比例进行熔炼；采用中频感应电炉将配好的金属炉料进行熔炼，将熔炼温度控制在1500℃，全部熔化后检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，控制铁水中Mn含量范围0.25-0.30wt％，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底20％炉深处，吹气时间5分钟，然后出铁水；
步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法，在球化包凹坑内加入球化剂，球化剂的组成为：Mg：5.5％，Si：44％，Ba：2％，Ca：1％，RE：1.0％，其中RE中重稀土元素Y的质量百分含量≥50％，其余为Fe。球化剂加入量为处理铁水重量的1.3％，紧实，接着使用铁水总重量0.7％的第一孕育剂覆盖在球化剂上，然后将两小块生铁压在上部，选用75SiFe作为第一孕育剂，粒度为5-10mm，当铁水温度达到1460-1480℃时，将铁水总量的四分之三冲入球化包内，完成球化处理和第一次孕育处理，随后补铁水；
步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，将球化包中的铁水静置扒渣，然后进行浇注铸型，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育，第二孕育剂的加入量为铁水总重量0.3％，选用SiSr孕育剂，粒度为0.5-1.0mm，使用前对第二孕育剂进行烘干处理，浇注时在直浇道底部放置有泡沫陶瓷过滤片；
步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，在920℃保温5小时，再降温至700℃保温36小时，最后在炉冷600℃以下出炉空冷直室温即可。
实施例2
本实施例中提供的高强度燃气缸盖的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，以及含碳量为98％的石墨增碳剂，生铁和碳素废钢按重量比7:3的比例进行熔炼；采用中频感应电炉将配好的金属炉料进行熔炼，将熔炼温度控制在1550℃，全部熔化后检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，控制铁水中Mn含量范围0.25-0.30wt％，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底40％炉深处，吹气时间8分钟，然后出铁水；
步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法，在球化包凹坑内加入球化剂，球化剂的组成为：Mg：6.5％，Si：48％，Ba：3％，Ca：1.4％，RE：1.5％，其中RE中重稀土元素Y的质量百分含量≥50％，其余为Fe。球化剂加入量为处理铁水重量的1.8％，紧实，接着使用铁水总重量1.0％的第一孕育剂覆盖在球化剂上，然后将两小块生铁压在上部，选用75SiFe作为第一孕育剂，粒度为5-10mm，当铁水温度达到1460-1480℃时，将铁水总量的四分之三冲入球化包内，完成球化处理和第一次孕育处理，随后补铁水；
步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，将球化包中的铁水静置扒渣，然后进行浇注铸型，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育，第二孕育剂的加入量为铁水总重量0.4％，选用SiSr孕育剂，粒度为0.5-1.0mm，使用前对第二孕育剂进行烘干处理，烘干温度为200℃，烘干时间为20分钟；浇注时在直浇道底部放置有泡沫陶瓷过滤片；
步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，在980℃保温2小时，再降温至750℃保温36小时，最后在炉冷600℃以下出炉空冷直室温即可。
实施例3
本实施例中提供的高强度燃气缸盖的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，以及含碳量为98％的石墨增碳剂，生铁和碳素废钢按重量比7:3的比例进行熔炼；采用中频感应电炉将配好的金属炉料进行熔炼，将熔炼温度控制在1520℃，全部熔化后检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，控制铁水中Mn含量范围0.25-0.30wt％，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底30％炉深处，吹气时间6分钟，然后出铁水；
步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法，在球化包凹坑内加入球化剂，球化剂的组成为：Mg：6.0％，Si：45％，Ba：2.5％，Ca：1.2％，RE：1.2％，其中RE中重稀土元素Y的质量百分含量≥50％，其余为Fe。球化剂加入量为处理铁水重量的1.5％，紧实，接着使用铁水总重量0.8％的第一孕育剂覆盖在球化剂上，然后将两小块生铁压在上部，选用75SiFe作为第一孕育剂，粒度为5-10mm，当铁水温度达到1460-1480℃时，将铁水总量的四分之三冲入球化包内，完成球化处理和第一次孕育处理，随后补铁水；
步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，将球化包中的铁水静置扒渣，然后进行浇注铸型，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育，第二孕育剂的加入量为铁水总重量0.35％，选用SiSr孕育剂，粒度为0.5-1.0mm，使用前对第二孕育剂进行烘干处理，烘干温度为250℃，烘干时间为12分钟；浇注时在直浇道底部放置有泡沫陶瓷过滤片；
步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，在950℃保温3小时，再降温至720℃保温36小时，最后在炉冷600℃以下出炉空冷直室温即可。
实施例4
本实施例中提供的高强度燃气缸盖的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，以及含碳量为98％的石墨增碳剂，生铁和碳素废钢按重量比7:3的比例进行熔炼；采用中频感应电炉将配好的金属炉料进行熔炼，将熔炼温度控制在1520℃，全部熔化后检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，控制铁水中Mn含量范围0.25-0.30wt％，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底三分之一炉深处，吹气时间5分钟，然后出铁水；
步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法，在球化包凹坑内加入球化剂，球化剂的组成为：Mg：5.5％，Si：45％，Ba：2％，Ca：1.2％，RE：1.0％，其中RE中重稀土元素Y的质量百分含量≥50％，其余为Fe。球化剂加入量为处理铁水重量的1.5％，紧实，接着使用铁水总重量1.0％的第一孕育剂覆盖在球化剂上，然后将两小块生铁压在上部，选用75SiFe作为第一孕育剂，粒度为5-10mm，当铁水温度达到1460-1480℃时，将铁水总量的四分之三冲入球化包内，完成球化处理和第一次孕育处理，随后补铁水；
步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，将球化包中的铁水静置扒渣，然后进行浇注铸型，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育，第二孕育剂的加入量为铁水总重量0.4％，选用SiSr孕育剂，粒度为0.5-1.0mm，使用前对第二孕育剂进行烘干处理，烘干温度为200℃，烘干时间为10分钟；浇注时在直浇道底部放置有泡沫陶瓷过滤片；
步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，在920℃保温3小时，再降温至700℃保温36小时，最后在炉冷600℃以下出炉空冷直室温即可。
实施例5
本实施例中提供的高强度燃气缸盖的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，以及含碳量为98％的石墨增碳剂，生铁和碳素废钢按重量比7:3的比例进行熔炼；采用中频感应电炉将配好的金属炉料进行熔炼，将熔炼温度控制在1520℃，全部熔化后检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，控制铁水中Mn含量范围0.25-0.30wt％，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底三分之一炉深处，吹气时间6分钟，然后出铁水；
步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法，在球化包凹坑内加入球化剂，球化剂的组成为：Mg：6.0％，Si：45％，Ba：2％，Ca：1％，RE：1.5％，其中RE中重稀土元素Y的质量百分含量≥50％，其余为Fe。球化剂加入量为处理铁水重量的1.4％，紧实，接着使用铁水总重量1.0％的第一孕育剂覆盖在球化剂上，然后将两小块生铁压在上部，选用75SiFe作为第一孕育剂，粒度为5-10mm，当铁水温度达到1460-1480℃时，将铁水总量的四分之三冲入球化包内，完成球化处理和第一次孕育处理，随后补铁水；
步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，将球化包中的铁水静置扒渣，然后进行浇注铸型，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育，第二孕育剂的加入量为铁水总重量0.4％，选用SiSr孕育剂，粒度为0.5-1.0mm，使用前对第二孕育剂进行烘干处理，烘干温度为200℃，烘干时间为10分钟；浇注时在直浇道底部放置有泡沫陶瓷过滤片；
步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，在余热到达980℃时开始保温3小时，再降温至700-750℃范围内，从750℃开始保温36小时，最后在炉冷600℃以下出炉空冷直室温即可。
按上述实施例得到的样品，均经过主要元素的检测，以及经过抗拉强度、延伸率和硬度等力学性能的测试，测试检测结果如下表。
从力学性能角度而言，实施例5的样品最优，根据实施例5的工艺参数，与传统工艺制得到一系列产品，进行性能的比较，结果如下表。
经对比试验检测，本发明所研发的工艺，其得到的燃气缸盖的强度和硬度均超过了老工艺，而该工艺减去了热处理工序，利用铸件自身余热来热处理，节煤节电降耗，使生产成本降低，从而使热处理工序零污染。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：配炉料，选用低S球墨铸铁生铁和纯净的碳素废钢，生铁和碳素废钢按重量比7:3的比例进行熔炼；采用中频感应电炉将配好的金属炉料进行熔炼，将熔炼温度控制在1500-1550℃，全部熔化后检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求，控制铁水中Mn含量范围0.25-0.30wt％，向铁水中吹入氩气，吹气深度在距离炉底20-40％炉深处，吹气时间5-8分钟，然后出铁水；
步骤(2)：球化和第一次孕育处理，采用冲入法，在球化包凹坑内加入球化剂，球化剂加入量为处理铁水重量的1.3-1.8％，紧实，接着使用铁水总重量0.7-1.0％的第一孕育剂覆盖在球化剂上，然后将两小块生铁压在上部，当铁水温度达到1460-1480℃时，将铁水总量的四分之三冲入球化包内，完成球化处理和第一次孕育处理，随后补铁水；
步骤(3)：浇注和第二次孕育处理，将球化包中的铁水静置扒渣，然后进行浇注铸型，冲入铁水温度不低于1400℃，浇注时采用第二孕育剂进行第二次孕育，第二次孕育为随流瞬时孕育，第二孕育剂的加入量为铁水总重量0.3-0.4％，使用前对第二孕育剂进行烘干处理，浇注时在直浇道底部放置有泡沫陶瓷过滤片；
步骤(4)：浇注完成后，利用铸件自身的余热进行热处理，直至室温。
2.如权利要求1所述的高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中，配炉料时还加入含碳量为98％的石墨增碳剂。
3.如权利要求1所述的高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中，氩气的吹气深度在距离炉底三分之一炉深处。
4.如权利要求1所述的高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中采用的球化剂的组成为：Mg：5.5-6.5％，Si：44-48％，Ba：2-3％，Ca：1-1.4％，RE：1.0-1.5％，其中RE中重稀土元素Y的质量百分含量≥50％，其余为Fe。
5.如权利要求1所述的高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中的第一孕育剂选用75SiFe孕育剂，粒度为5-10mm。
6.如权利要求1所述的高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中的第二孕育剂选用SiSr孕育剂，粒度为0.5-1.0mm。
7.如权利要求6所述的高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中，第二孕育剂的烘干温度为200-300℃，烘干时间为10-20分钟。
8.如权利要求1所述的高强度燃气缸盖的生产工艺，其特征在于，步骤(4)中，利用铸件自身的余热进行热处理的工艺控制条件为：在920-980℃保温2-5小时，再降温至700-750℃保温36小时，最后在炉冷600℃以下出炉空冷直室温即可。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的生产工艺得到的高强度燃气缸盖，其特征在于，其以重量百分比表示的化学成分为：C 3.5-3.8％，Si 1.9-2.3％，Mn 0.25-0.3％，Cu 0.6-1.0％，Ti 0.08-0.12％，S 0.06-0.08％，Mg 0.005-0.015％，RE 0.005-0.015％，P≤0.03％，其余为Fe。
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