CN111906253A - 一种柴油机气缸体铸件成型方法及柴油机气缸体铸件 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种柴油机气缸体铸件成型方法及柴油机气缸体铸件，该柴油机气缸体铸件成型方法包括：建造浇注系统，并对所述浇注系统进行布局，得到至少一个浇道；采用所述浇注系统，并通过所述至少一个浇道，对目标原料进行铸件成型工艺。本申请实施例，提供一种柴油机气缸体铸件成型方法，可以解决机体内容易出现裂纹、夹渣等铸造缺陷及本体强度、硬度不足的问题。

Description

一种柴油机气缸体铸件成型方法及柴油机气缸体铸件

技术领域

本申请实施例涉及微波技术领域，尤其涉及一种柴油机气缸体铸件成型方法及柴油机气缸体铸件。

背景技术

L/S60ME-C8.2机体是MAN公司的一种大型低速柴油机气缸体，最大外形尺寸4235×1520×1620，缸孔中心距1020，上缸孔直径φ710，高度250，侧面厚度270，两缸之间328，下缸孔直径φ404，高度169，最小壁厚42。零件重量24吨，浇注重量30吨，材质为C3Cu（ISO185-2005）。

然而，由于该机体内外表观质量及机械性能要求高，轮廓尺寸及重量大，壁厚差异悬殊，因此，容易出现裂纹、夹渣等铸造缺陷及本体强度、硬度不足等问题。

发明内容

本申请实施例提供一种柴油机气缸体铸件成型方法及柴油机气缸体铸件，可以解决机体内容易出现裂纹、夹渣等铸造缺陷及本体强度、硬度不足的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例采用如下技术方案：

本申请实施例的第一方面，提供一种柴油机气缸体铸件成型方法，该柴油机气缸体铸件成型方法包括：建造浇注系统，并对所述浇注系统进行布局，得到至少一个浇道；采用所述浇注系统，并通过所述至少一个浇道，对目标原料进行铸件成型工艺。

本申请实施例的第二方面，提供一种柴油机气缸体铸件，该柴油机气缸体铸件，由上述第一方面所述的柴油机气缸体铸件成型方法制备而成。

在本申请实施例中，使用本方法有效的解决了机体铸件机械性能要求，没有发现裂纹、夹渣缺陷。本方法与其它方法相比，在大型灰铸铁机体铸件通过采用底注、开放、披缝式浇注系统，使铁水低温、快速、平稳充型及高碳低硅、控制Mn/S比、Cu和Sn相配合低合金化、CaBa、SiMnZr孕育剂分级强化孕育的工艺方案，实现了大型高强度高合金灰铸铁机身的生产，降低了机体成本。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种柴油机气缸体铸件成型方法的示意图之一；

图2为本申请实施例提供的一种柴油机气缸体铸件成型方法的示意图之二；

图3为本申请实施例提供的一种柴油机气缸体铸件成型方法的示意图之三。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。

本申请实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一耦合线和第二耦合线等是用于区别不同的媒体文件，而不是用于描述媒体文件的特定顺序。

在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个元件是指两个元件或两个以上元件。

本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，显示面板和/或背光，可以表示：单独存在显示面板，同时存在显示面板和背光，单独存在背光这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如输入/输出表示输入或者输出。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本申请实施例通过造型工艺采用底注、开放、披缝式浇注系统，使铁水低温、快速、平稳充型，避免铁液在型腔内紊流形成氧化夹渣，提高铸件内在及表观质量。

铸造过程选取高碳低硅、多级强化孕育，减少白口倾向和自由渗碳体的产生，促进铁液按照稳定系共晶进行凝固及细片珠光体的形成，提高组织和性能的均匀性。同时，通过控制Mn/S比、低合金化和迟后孕育相结合，促进珠光体的生成并能部分细化珠光体、强化铁素体，从而提高灰铸铁的抗拉强度和硬度。

低合金化选择Cu和Sn相配合。Sn能强烈稳定珠光体的元素，但对细化珠光体收效甚微。根据合金元素的不同特性配合，选择能防止产生白口倾向及碳化物的生成的Cu，加入比例控制在0.7～0.8，能在较高的碳当量，较低的硅量下能获得最好的强度和断面均匀性，防止Si增加铁素体、粗化珠光体、中和合金元素作用的不利影响，其组成比例和石墨化能力相适应，从而达到提高灰铸铁的硬度的目的。

本申请实施例提供一种柴油机气缸体铸件成型方法，使用本方法有效的解决了机体铸件机械性能要求，没有发现裂纹、夹渣缺陷。本方法与其它方法相比，在大型灰铸铁机体铸件通过采用底注、开放、披缝式浇注系统，使铁水低温、快速、平稳充型及高碳低硅、控制Mn/S比、Cu和Sn相配合低合金化、CaBa、SiMnZr孕育剂分级强化孕育的工艺方案，实现了大型高强度高合金灰铸铁机身的生产，降低了机体成本。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的一种柴油机气缸体铸件成型方法进行详细地说明。

本申请实施例提供的一种柴油机气缸体铸件成型方法，图1至3示出了本申请实施例提供的一种柴油机气缸体铸件成型方法。如图1至3所示，本申请实施例的柴油机气缸体铸件成型方法包括步骤101和步骤102。

步骤101、建造浇注系统，并对浇注系统进行布局，得到至少一个浇道。

可选的，本申请实施例中，上述步骤101具体可以通过下述步骤实现：

1、浇注系统计算

1）液重：G=铸件重量×(100+浇冒系统重量)%

工艺出品率按75%计算，液重G=24000×(100+25)%= 24×125%= 30000kg，液重30000㎏。

2）浇注时间：根据G-t回归方程应用表，应用公式，

t=S

G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量（Kg）

t—浇注时间（s）

S—系数，0.55～0.9，取0.8

t = 0.8=138.6，因此，确定浇注时间138.6s。

3）静压头：HP= HO-0.5HC

HO—铸型底平面到浇口顶面距离

HC—铸型高度

HO=2035+380=2415mm

HP= HO-0.5HC=2415-0.5×1655=1587.5mm，

＝＝12.6cm，

4）阻流截面总面积：A阻=（cm2）

G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量（Kg）

μ—流量损耗系数，取值范围0.45～0.60，取μ=0.55

t—浇注时间（s）

将上述已知数代入根据阻流截面总面积公式，得出：

A阻＝

=100.75cm²

浇注系统采用开放式，按直：横：内=1：（2～4）：（1.5～4）比例选取，直浇道直径φ80，2道，截面积10048，横浇道梯形：90/100×110，截面积20900，2道，横浇道圆形：φ80，4道，截面积20096，内浇道数量每缸3道，内浇道200×15，截面积36000，实际直：横：内=1:2:3.58。

2、型内液面上升速度校核：

V升＝铁液充填铸型各部分的高度Hc/浇注时间t，一般V升10～20mm/s。

V升—型内液面上升速度（cm/s）

Hc—液充填铸型各部分的高度（cm）

t—浇注时间（s）

V升＝1620/138.6=11.6 mm/s，符合铁液在铸型内的上升速度的范围要求。

其中，如图2所示，上述步骤102具体可以通过下述的步骤101a至101e实现。

步骤101a、根据铸件重量，确定液重。

步骤101b、根据型内铁液总重量，确定浇注时间。

步骤101c、采用耐火陶瓷管，按照目标参数设置直浇道。

步骤101d、采用圆形耐火陶瓷管，按照第一参数设置横浇道。

步骤101e、按照第二参数设置内浇道。

1、直浇道：

1）形状：直径φ80，2道，截面积10048，采用耐火陶瓷管形成。

2）位置：距前后端铸型200高梯形横浇道φ100/110搭子部位引入。

2、横浇道：

1）形状：高梯形：90/100×110，截面积20900，2道，横浇道圆形：φ80，4道，截面积20096。

2）位置：高梯形横浇道距观察窗口侧缸孔中心900，距前后端铸型200；圆形耐火陶瓷管横浇道在高梯形横浇道和缸孔中心φ75定位搭子上定位。

3、内浇道

1）形状：披逢式内浇道，数量每缸3道， 200×15，截面积36000。

2）位置：披逢内浇道从下缸孔内壁处引入铸型，三道内浇道均布。

根据内浇道引入的位置、方向、大小和个数符合铸件的凝固原则和补缩方法，确定内浇道从铸件最底部下缸孔内壁处引入铸型，有利于铸件方向性（顺序）凝固，达到补缩铸件、消除缩松的目的。

第三步：计算机数值模拟

通过运用MAGMA数值模拟软件对机体铸件进行充型、凝固过程模拟，优化铸造工艺参数。

模拟结果显示：

铁液充型过程快速、平稳，无紊流现象发生，铁液充型时间符合预期。

铁液凝固过程冒口颈的选择能够保证冒口对铸件液态的补缩，内浇道能在凝固开始后及时关闭，铸件在冷铁的控制下基本能够保证同时凝固，厚大部位有充足的补缩通道，能够实现冒口的有效补缩及内部组织的致密。铁液凝固过程温度场模拟过程如图3：机体铁液凝固过程模拟。

步骤102、采用浇注系统，并通过至少一个浇道，对目标原料进行成型工艺。

其中，目标原料包括高碳低硅、Mn、S、低合金化、SiMnZr孕育剂；其中，所述高碳低硅的灰铸铁C范围为2.6～3.6，Si范围为1.2～3.0，碳当量3.6～3.9，实际：C:3.0～3.1、Si：1.6～1.7，碳当量3.7；所述Mn和S的比值满足第一等式；所述Cu:0.7～0.8，Sn:0.02～0.04。

可选的，本申请实施例中，熔化工艺总体按照高碳低硅、控制Mn/S比、Cu和Sn相配合的低合金化、CaBa、SiMnZr孕育剂分级强化孕育的方案设计。

1、碳当量

选取高碳低硅，促进石墨化，减少白口倾向和自由渗碳体的产生，碳当量接近共晶成分的亚共晶成分促进铁液按照稳定系共晶进行凝固及细片珠光体的形成，提高组织和性能的均匀性。

灰铸铁C范围一般为2.6～3.6，Si范围一般为1.2～3.0，碳当量3.6～3.9，实际：C:3.0～3.1、Si：1.6～1.7，碳当量3.7。

CE=C+1/3(Si+P)+0.4S-0.03Mn=3.1+1/3(1.7+0.10)+0.4*0.08-0.03*0.75=3.7。

2、Mn/S比

Mn促成珠光体作用中等，Mn与S亲和力较大，其用量往往因为要保持合适的Mn/S比而受到制约，且易在共晶团边界产生偏析生成碳化物恶化力学性能。在感应电炉条件下，铁液中的S控制在0.06～0.12%，强度最好，白口倾向小，断面均匀性好，灰铸铁中的Mn不宜超过0.8%，超过一定量后会导致强度下降。

Mn/S比需保持正确的比例关系，在灰铸铁中应满足Mn%=1.7S%+(0.5～0.6)。

实际：Mn：0.65～0.75、S：0.07～0.08。

3、Cu和Sn相配合的低合金化

Sn易在结晶前沿形成低熔点的FeSn2偏析层，聚集于石墨-奥氏体界面上，阻止碳向石墨扩散，使碳固溶于奥氏体，细化共晶团的数量，从而促进形成珠光体，组织更加均匀，断面敏感性降低。当Sn加入量超过0.1%时强度反而会下降。

实际：Cu:0.7～0.8，Sn:0.02～0.04。

可选的，本申请实施例中，结合图1，如图3所示，上述的步骤102具体可以通过下述的步骤102a至步骤102c实现。

步骤102a、对目标原料进行熔炼；

步骤102b、对熔炼后的目标原料进行高温静置；

步骤102c、将进行瞬时孕育工艺之后得到的铸件，在型内保温300℃以下落砂。

可以理解，Si以孕育剂的方式加入作用更能控制碳化物的数量及白口倾向，促进珠光体的生成并能部分细化珠光体、强化铁素体，从而提高灰铸铁的抗拉强度和硬度。在最终Si量确定不变条件下，采用炉前冲入0.5%的句容亚峰YFY-400CaBa孕育剂，瞬时孕育采用0.1%的抗孕育衰退能力强的句容亚峰YFY-280SiMnZr孕育剂，1/2撒入浇口杯铁液冲入搅拌均匀，1/2放入漏斗随铁液导入浇口杯的多级强化孕育方法，提高铁液的孕育效果。

具体的，上述步骤102a可以通过下述步骤实现。

1、中频感应电炉熔炼10%生铁、60%废钢、30%回炉料熔炼，

原铁水化学成分：C：3.0～3.1； Si：1.6～1.7； Mn：0.65～0.75； P＜0.10； S：0.07～0.08； Cu：0.7～0.8； Sn：0.02～0.04。

SiＢa预处理剂YFYY-1粒度3～8mm，加入量0.15%，增碳剂的85%～90%随炉料一起加入炉内熔炼，增碳剂的10%～15%待化学分析后加入。

2、高温静置

铁水升温到1500～1520℃时高温静置5～10分钟取样，C和S以化学分析为准，其余以光谱分析为准，出炉前先扒干净炉内浮渣，出炉温度：1460～1480℃。

3、炉前冲入

在终Si量确定不变的前提下，铁液必须进行孕育处理。铁液成分合格后出炉前先扒干净炉内浮渣，测量铁水温度符合工艺要求后方可出炉。0.03%的Sn加入浇包底部，出铁总量约1/3铁水出流最大时，立即冲入CaBa孕育剂YFY-400粒度3～8mm，加入量0.50%，铁水重量符合要求后收炉，浇包面撒聚渣剂彻底拔渣。

4、瞬时孕育

选用抗孕育衰退能力的SiMnZr孕育剂句容亚峰YFY-280，加入量0.15%，将1/2孕育剂撒入浇口杯铁液冲入搅拌均匀，1/2放入漏斗随铁液导入浇口杯，浇注温度：1330～1350℃。

可选的，本申请实施例中，在上述步骤102c之后，本申请实施例的方法还可以包括：通过毛坯及加工验证，机体没有发现裂纹、夹渣等铸造缺陷及本体硬度不足等问题，满足技术文件要求。

本申请实施例中，通过造型工艺采用底注、开放式披缝浇注系统，使铁水低温、快速、平稳充型，避免铁液在型腔内紊流形成氧化夹渣，提高铸件内在及表观质量。

熔化过程选取高碳低硅、控制Mn/S比、Cu和Sn相配合的低合金化，CaBa、SiMnZr孕育剂分级强化孕育，减少白口倾向和自由渗碳体的产生，促进和细化珠光体的生成、强化铁素体，从而提高灰铸铁的抗拉强度和硬度。

在灰铸铁铸件上通过控制Mn/S比、铁液中的S控制在0.06～0.12%，Mn不超过0.8%，灰铸铁强度最好，白口倾向小，断面均匀性好。

在灰铸铁机体铸件上通过低合金化选择Cu和Sn相配合。发挥元素Sn能强烈稳定珠光体与Cu元素能防止产生白口倾向及碳化物的生成特性的配合，能在较高的碳当量，较低的硅量下能获得高的强度和断面均匀性，防止Si增加铁素体、粗化珠光体、中和合金元素作用的不利影响，从而达到提高灰铸铁的硬度的目的。

在灰铸铁铸件上终Si量确定不变条件下，采用炉前冲入CaBa孕育剂、浇口杯瞬时的抗孕育衰退能力强SiMnZr孕育剂多级强化孕育方法，提高铁液的孕育效果。促进并细化珠光体、强化铁素体，从而提高灰铸铁的抗拉强度和硬度。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种柴油机气缸体铸件成型方法，其特征在于，所述方法包括：

建造浇注系统，并对所述浇注系统进行布局，得到至少一个浇道；

采用所述浇注系统，并通过所述至少一个浇道，对目标原料进行铸件成型工艺。

2.根据权利要求1所述的柴油机气缸体铸件成型方法，其特征在于，所述至少一个浇道包括：直浇道、横浇道和内浇道；

所述建造浇注系统，并对所述浇注系统进行布局，包括：

根据铸件重量，确定液重；

并根据型内铁液总重量，确定浇注时间；

采用耐火陶瓷管，按照目标参数设置直浇道；

采用圆形耐火陶瓷管，按照第一参数设置横浇道；

按照第二参数设置内浇道。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标原料包括高碳低硅、Mn、S、低合金化、SiMnZr孕育剂；

其中，所述高碳低硅的灰铸铁C范围为2.6～3.6，Si范围为1.2～3.0，碳当量3.6～3.9，实际：C:3.0～3.1、Si：1.6～1.7，碳当量3.7；

所述Mn和S的比值满足第一等式；

所述Cu:0.7～0.8，Sn:0.02～0.04。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所SiMnZr孕育剂在最终Si量确定不变条件下，采用炉前冲入0.5%的句容亚峰YFY-400CaBa孕育剂，瞬时孕育采用 0.1%的抗孕育衰退能力强的句容亚峰YFY-280SiMnZr孕育剂，1/2撒入浇口杯铁液冲入搅拌均匀，1/2放入漏斗随铁液导入浇口杯。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述采用所述浇注系统，并通过所述至少一个浇道，对目标原料进行铸件成型工艺，包括：

对所述目标原料进行熔炼；

将熔炼后的所述目标原料进行高温静置；

将高温静置后的所述目标原料，进行瞬时孕育工艺；

将进行瞬时孕育工艺之后的得到的铸件，在型内保温300℃以下落砂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述目标原料进行熔炼，包括：

中频感应电炉熔炼10%生铁、60%废钢、30%回炉料熔炼，

原铁水化学成分：C：3.0～3.1； Si：1.6～1.7； Mn：0.65～0.75； P＜0.10； S：0.07～0.08； Cu：0.7～0.8； Sn：0.02～0.04；

SiBa预处理剂YFYY-1粒度3～8mm，加入量0.15%，增碳剂的85%～90%随炉料一起加入炉内熔炼，增碳剂的10%～15%待化学分析后加入。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将熔炼后的所述目标原料进行高温静置，包括：

铁水升温到1500～1520℃时高温静置5～10分钟取样，C和S以化学分析为准，其余以光谱分析为准，出炉前先扒干净炉内浮渣，出炉温度：1460～1480℃。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将高温静置后的所述目标原料，进行瞬时孕育工艺之前，所述方法还包括：

在最终Si量确定不变的前提下，铁液必须进行孕育处理；

铁液成分合格后出炉前先扒干净炉内浮渣，测量铁水温度符合工艺要求后方可出炉；

0.03%的Sn加入浇包底部，出铁总量约1/3铁水出流最大时，立即冲入CaBa孕育剂YFY-400粒度3～8mm，加入量0.50%，铁水重量符合要求后收炉，浇包面撒聚渣剂彻底拔渣。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将高温静置后的所述目标原料，进行瞬时孕育工艺，包括：

选用抗孕育衰退能力的SiMnZr孕育剂句容亚峰YFY-280，加入量0.15%，将1/2孕育剂撒入浇口杯铁液冲入搅拌均匀，1/2放入漏斗随铁液导入浇口杯，浇注温度：1330～1350℃。

10.一种柴油机气缸体铸件，其特征在于，所述柴油机气缸体铸件由上述权利要求1至9中任一项所述的柴油机气缸体铸件成型方法制备而成。

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