CN113322370B - 高寿命灰铸铁、提高灰铸铁寿命的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高寿命灰铸铁、提高灰铸铁寿命的方法及其在制备汽车关键零部件中的应用。本发明在气氛保护下或真空炉中，将灰铸铁铸造的毛坯升温至850℃～950℃，保温1～2.5小时；然后将毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270～380℃，等温淬火时间为0.5～2.5小时；最后将毛坯(i)空冷至室温或(ii)退火，得到高寿命灰铸铁；退火步骤为：将毛坯放入退火炉中升温至500～550℃，保温1～2.5小时，再使毛坯随炉冷却至不高于200℃，然后出炉冷却至室温。普通灰铸铁经本发明的等温淬火强化处理后，硬度、抗拉强度以及疲劳寿命均大大提升，克服了普通灰铸铁铸造的发动机缸盖、制动鼓以及飞轮易开裂的问题。

Description

高寿命灰铸铁、提高灰铸铁寿命的方法及其应用
技术领域
本发明属于金属热处理领域，涉及一种高寿命灰铸铁、提高灰铸铁寿命的方法及其在制备汽车关键零部件中的应用。
背景技术
普通灰铸铁具备较好的铸造性、导热性、吸震性和润滑性，常作为制备发动机缸盖、制动鼓以及飞轮的主要材料。
国内低功率发动机缸盖制备多采用HT250，其抗拉强度为抗拉强度为210MPa～250MPa，硬度为170HB～210HB，基本可以满足200马力以下发动机的需求。然而随着发动机功率和爆压的逐步提升，发动机缸盖对强度的要求也随着提高，发动机马力增大至240PS～430PS时，发动机爆压也逐步增至190bar，HT250由于机械性能很差，无法满足大功率发动机对缸盖强度的需求。此外，由于温度循环产生的循环应力-应变会引起发动机缸盖的畸变和开裂以致缸盖鼻梁区容易开裂甚至断裂。
同样会产生开裂现象的是汽车的制动鼓，制动鼓在正常工作时，会与蹄铁之间会发生点状接触摩擦，摩擦发热，制动鼓温度持续升高，如果热量不能及时散去，温度将升至相变点以上，进而发生组织转变产生相变应力。相变应力会导致制动鼓受力不均匀，制动鼓在频繁制动载荷下便会发生规律裂纹，该裂纹会导致制动鼓发生开裂、掉底等现象。HT250虽具备良好的散热性和耐磨性，且浇铸性能良好，但材料的强度较低，因此，制动鼓实际工作中常因为基体强度不足而发生开裂、掉底、磨损过大等现象。
汽车发动机的另一个关键零部件—飞轮，其主要功能是储存做功行程能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转。汽车行进过程中飞轮在与离合器分离和结合的瞬间，与离合器片之间存在转速差进而两者之间产生滑动摩擦，摩擦发热至一定程度会使飞轮后端面发生严重磨损、开裂等失效问题。目前，飞轮也多采用HT250铸造，实际使用中，飞轮的市场失效十分严重，其失效模式多为飞轮表面严重磨损导致的开裂、运行不平顺等问题。究其原因是因为飞轮表面的硬度太低以及飞轮的基体强度不足导致，且摩擦高温也会在一定程度下加速飞轮的磨损。
采用高牌号的HT300铸造发动机缸盖、制动鼓以及飞轮，虽然能使基体的力学性能有所提升，但依然无法解决基体开裂的问题，究其原因，合金元素的增加会导致材料的导热性下降，进而导致发动机缸盖、制动鼓以及飞轮疲劳寿命的下降。
发明内容
为了解决相关技术中普通灰铸铁铸造的发动机缸盖、制动鼓以及飞轮易开裂的问题，本发明实施例提供一种高寿命灰铸铁、提高灰铸铁寿命的方法及其在制备汽车关键零部件中的应用。
本发明提供的技术方案具体如下：
第一方面，提供一种提高灰铸铁寿命的方法，包括以下步骤：
(1)等温淬火强化：气氛保护下或真空炉中，将灰铸铁铸造的毛坯升温至850℃～950℃，保温1～2.5小时；然后将毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270～380℃，等温淬火时间为0.5～2.5小时；
(2)将毛坯(i)空冷至室温或(ii)退火，得到高寿命灰铸铁；所述退火步骤为：将毛坯放入退火炉中升温至500～550℃，保温1～2.5小时，再使毛坯随炉冷却至不高于200℃，然后出炉冷却至室温。
在上述技术方案的基础上，灰铸铁为HT250或HT300。
在上述技术方案的基础上，步骤(1)中升温的速度为300℃/h～400℃/h；步骤(2)中退火炉的升温速度为100～200℃/h。
在上述技术方案的基础上，步骤(1)中盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占50wt％～55wt％，NaNO2占45wt％～50wt％。
第二方面，提供按上述提高灰铸铁寿命的方法制备的高寿命灰铸铁。未经退火处理的灰铸铁的热疲劳寿命能达900～1100次，经退火处理的灰铸铁的热疲劳寿命能达1100～1300次。
第三方面，提供上述提高灰铸铁寿命的方法在加工零件中的应用，零件为发动机缸盖、飞轮或制动鼓。
在上述技术方案的基础上，加工发动机缸盖时，毛坯的材质为HT250，毛坯在850℃保温，270℃等温淬火。
在上述技术方案的基础上，加工发动机缸盖时，毛坯的材质为HT300，毛坯在920℃保温，280℃等温淬火。
在上述技术方案的基础上，加工发动机飞轮时，毛坯的材质为HT250，毛坯在860℃保温，280℃等温淬火。
在上述技术方案的基础上，加工制动鼓时，毛坯的材质为HT250，毛坯在870℃保温，280℃等温淬火。
本发明的原理如下：
普通灰铸铁(HT250和HT300)铸造的毛坯，其金相组织为珠光体+铁素体+片状石墨，毛坯在850℃～950℃保温1～2.5小时后，组织全部奥氏体化，立即在270～380℃等温淬火使奥氏体等温转变成细致的贝氏体组织，热处理前后石墨的形态及大小未发生变化，但由于金相组织的细化提高了基体的强度，更进一步地，对等温淬火后的毛坯进行500～550℃退火，以减小基体的残余应力散差，进而减少变形与裂纹倾向；退火也可细化晶粒，消除组织缺陷，进一步提高基体强度、耐磨性以及疲劳寿命。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
(1)本发明对零件毛坯进行热处理，提高了基体的抗拉强度和硬度，HT250毛坯抗拉强度为210MPa～250MPa，硬度为170HB～210HB，经等温淬火强化之后抗拉强度为280MPa～320MPa，硬度为210HB～230HB；经等温淬火、退火强化后抗拉强度260～300MPa，硬度为200～220HB；HT300毛坯抗拉强度290MPa，硬度为220HB，经等温淬火强化之后抗拉强度为300MPa～380MPa，硬度为220HB～250HB。
(2)本发明对零件毛坯进行热处理，减小了基体内的残余应力差，提高了零件的疲劳寿命。铸态HT250缸盖的热疲劳寿命为250次左右，经等温淬火处理后加工成的HT250缸盖的热疲劳寿命为900～1100次；HT250缸盖毛坯等温淬火后立即进行退火处理，可使HT250缸盖的热疲劳寿命可提高至1100～1300次；铸态HT300缸盖的热疲劳寿命为350次左右，经等温淬火处理后加工成的HT300缸盖的热疲劳寿命为1300次～1500次。铸态HT250飞轮的寿命为500左右，等温淬火强化HT250飞轮的寿命可达10000～20000次。铸态HT250制动鼓的寿命为4500左右，等温淬火强化HT250制动鼓的寿命可达1000～1200次。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1展示了本发明实施例1提供的铸态HT250缸盖的金相组织；
图2展示了本发明实施例3提供的HT250缸盖的金相组织；
图3展示了本发明实施例1提供的铸态HT300缸盖的金相组织；
图4展示了本发明实施例19提供的HT300缸盖的金相组织。
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，下面将结合具体实施例对本发明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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
等温淬火一般用于中碳以上的钢，低碳钢一般不采用等温淬火，其目的是获得贝氏体以增强钢材的强度、硬度、韧性、耐磨性和塑性，未见采用等温淬火工艺提高灰铸铁寿命的报道。本发明采用等温淬火或等温淬火+退火的方法提高了灰铸铁的疲劳寿命，解决了普通灰铸铁铸造的发动机缸盖、制动鼓以及飞轮易开裂的问题，该方法包括以下步骤：
(1)等温淬火强化：气氛保护下或真空炉中，将灰铸铁铸造的毛坯升温至850℃～950℃，保温1～2.5小时；然后将毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270～380℃，等温淬火时间为0.5～2.5小时；
(2)将毛坯(i)空冷至室温或(ii)退火，得到高寿命灰铸铁；退火步骤为：将毛坯放入退火炉中升温至500～550℃，保温1～2.5小时，再使毛坯随炉冷却至不高于200℃，然后出炉冷却至室温。
该方法适用于处理发动机缸盖、制动鼓以及飞轮的毛坯，得到灰铸铁毛坯在清洗、喷丸之后机加工成发动机缸盖、制动鼓以及飞轮成品，发动机缸盖、制动鼓的热疲劳寿命、飞轮的磨损寿命均得到较大提升。
步骤(1)中，若保温温度低于850℃或保温时间小于1小时，毛坯奥氏体化不充分；若保温温度高于950℃或保温时间超过2.5小时，毛坯氧化严重，且组织会粗大，硬度、抗拉强度以及疲劳寿命均会严重下降。加热速度为300℃/h-400℃/h，加热速度太快将导致毛坯受热不均匀，残余应力较大，零件疲劳寿命降低，加热速度太慢导致加热时间太长，降低生产效率。若等温淬火时间低于0.5小时，贝氏体转变不充分，等温淬火时间大于2.5h，能耗增大，降低生产效率。
如无特殊说明，本发明实施例涉及到的HT250毛坯均采用相同的原材料，HT300毛坯也均采用相同的原材料，相同零件采用同一铸模，且HT250毛坯和HT300毛坯按普通方法铸造而成：熔炼时控制温度为1480～1520℃，使原材料完全溶化成铁水，浇铸时控制浇铸温度为1380～1420℃，浇铸时间控制在25-28秒。HT250毛坯中各组分的重量百分数为：C：3.2～3.4；Si：1.8～2.0；Mn：0.65～0.75；P：0～0.1；S：0.01～0.11；其余为Fe和其他不可避免的杂质；HT250缸盖毛坯的浇铸成品率＞99％。HT300毛坯中各组分的重量百分数为：C 2.8～3.2；Si 1.6～2.0；Mn 0.8～1.0；P 0～0.1；S 0～0.1；Cu 0.5～0.8；Cr 0.2～0.5；Ni0.3～0.5；Mo 0.3～0.5；其余为Fe和其他不可避免的杂质。本发明严格控制HT300中合金的含量，缸盖的浇铸成品率为72％～84％。
如无特殊说明，本发明实施例中对发动机缸盖的热疲劳寿命测试均采用中国专利文献CN 112213225 A公开的发动机缸盖总成冷热疲劳试验方法及装置测试发动机缸盖的热疲劳寿命：将发动机缸盖总成接入感应加热系统和冷却液循环系统，发动机缸盖内循环冷却水加热至80℃后，开始发动机缸盖热疲劳试验，采用感应加热方式加热发动机缸盖至420℃，加热时间150-180s，然后停止加热，循环水冷却发动机缸盖温度至80℃，冷却时间为120-150s，然后再次启动电源加热发动机缸盖至420℃，如此循环，每循环100次检查发动机缸盖是否存在裂纹，待裂纹扩展至0.8cm以上判断发动机缸盖失效，循环次数为热疲劳寿命。
以下通过具体实施例来进一步阐述本发明的技术方案：
实施例1
本实施例提供制备铸态HT250缸盖、铸态HT250飞轮、铸态HT250制动鼓、铸态HT300缸盖的方法，步骤如下：
(1)喷丸：对HT250缸盖毛坯、HT250飞轮毛坯、HT250制动鼓毛坯、HT300缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(2)机加工：对各毛坯分别进行粗加工及精加工，加工出合格的发动机缸盖、发动机飞轮以及制动鼓，分别称之为铸态HT250缸盖、铸态HT250飞轮、铸态HT250制动鼓、铸态HT300缸盖。
如图1所示，铸态HT250缸盖的金相组织为95％珠光体+5％铁素体+片状石墨；铸态HT250缸盖、铸态HT250飞轮、铸态HT250制动鼓的硬度均为200HB，抗拉强度Rm均为250MPa；铸态HT250缸盖的残余应力为50～150MPa，按照80℃～420℃(低温～高温)的试验规范进行冷热疲劳试验，铸态HT250缸盖的寿命为280次左右。模拟实车工况试验显示铸态HT250飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为5500次左右。按照30℃～500℃(低温～高温)的试验规范进行冷热疲劳试验，铸态HT250制动鼓的疲劳寿命为500次左右。
如图3所示，金相组织为95％珠光体+5％铁素体+片状石墨，铸态HT300缸盖硬度为220HB，抗拉强度Rm为290MPa，残余应力检测及热疲劳寿命测试：缸盖上的残余应力为50～150MPa，80～420℃疲劳寿命为350次。
实施例2
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为250℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将等温淬火后的HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：将等温淬火强化后的HT250缸盖毛坯冷却至室温后进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除HT250缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：对HT250缸盖毛坯进行机加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为350HB，抗拉强度Rm为500MPa，金相组织为70％马氏体+30％贝氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为270次。
实施例3
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为230HB，抗拉强度Rm为320MPa，如图2所示，HT250缸盖本体的金相组织为95％细致贝氏体+5％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为1100次。
实施例4
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至940℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为225HB，抗拉强度Rm为310MPa，金相组织为92％细致贝氏体+8％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为1050次。
实施例5
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至890℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为340℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为220HB，抗拉强度Rm为300MPa，金相组织为90％细致贝氏体+10％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为1000次。
实施例6
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至940℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为380℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为210HB，抗拉强度Rm为280MPa，金相组织为85％细致贝氏体+15％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为900次。
实施例7
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为400℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为330HB，抗拉强度Rm为220MPa，金相组织为90％粗大贝氏体+10％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为235次。与实施例3比较可知，等温淬火温度高于380℃会出现粗大贝氏体组织，该组织强韧性较差，会降低疲劳性能。
实施例8
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至960℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为180HB，抗拉强度Rm为200MPa，金相组织为86％粗大贝氏体+14％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为250次。
实施例9
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至970℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)将HT250缸盖毛坯空冷至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为150HB，抗拉强度Rm为180MPa，金相组织为83％粗大贝氏体+17％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为200次。
实施例10
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)退火：将HT250缸盖毛坯放入退火炉中以150℃/h的速度升温至450℃，保温2小时，随炉冷却至200℃，然后出炉冷却至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为228HB，抗拉强度Rm为310MPa，金相组织为95％细致贝氏体+5％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为1050次。
实施例11
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)退火：将HT250缸盖毛坯放入退火炉中以150℃/h的速度升温至500℃，保温2小时，随炉冷却至200℃，然后出炉冷却至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为220HB，抗拉强度Rm为300MPa，金相组织为95％细致贝氏体+5％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为1300次。
实施例12
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)退火：将HT250缸盖毛坯放入退火炉中以150℃/h的速度升温至520℃，保温2小时，随炉冷却至200℃，然后出炉冷却至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为210HB，抗拉强度Rm为280MPa，金相组织为95％细致贝氏体+5％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为1200次。
实施例13
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)退火：将HT250缸盖毛坯放入退火炉中以150℃/h的速度升温至550℃，保温2小时，随炉冷却至200℃，然后出炉冷却至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为200HB，抗拉强度Rm为260MPa，金相组织为95％细致贝氏体+5％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为1100次。
实施例14
本实施例提供制备灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：真空炉中，将HT250缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至850℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT250缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占55wt％，NaNO2占45wt％；
(3)退火：将HT250缸盖毛坯放入退火炉中以150℃/h的速度升温至580℃，保温2小时，随炉冷却至200℃，然后出炉冷却至室温；
(4)清洗：对HT250缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸要求对HT250缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上进行取样分析，硬度为180HB，抗拉强度Rm为250MPa，金相组织为95％细致贝氏体+5％奥氏体+片状石墨，石墨形态及大小不发生变化；热疲劳寿命测试：80～420℃热疲劳寿命为900次。
表1实施例1-14的热处理条件及产品性能
Figure BDA0003094019330000201
Figure BDA0003094019330000211
-表示未处理。
如实施例1所示，铸态HT250缸盖的硬度、抗拉强度、疲劳寿命均较低；如实施例2所示，等温淬火温度低于270℃时，制备的HT250缸盖硬度、抗拉强度虽相对铸态HT250缸盖有所提高，然而疲劳寿命却有所下降；如实施例7所示，等温淬火温度高于380℃时，制备的HT250缸盖硬度相对铸态HT250缸盖虽有所提高，抗拉强度和疲劳寿命却有所下降。如实施例8和9所示，奥氏体化的温度≥960℃时，制备的HT250缸盖相比铸态HT250缸盖，硬度、抗拉强度、疲劳寿命均有所下降。如实施例10～14所示，退火温度为500℃时，制备的HT250缸盖的疲劳寿命最高。
实施例15～20
实施例15～20提供制备高热疲劳寿命灰铸铁发动机缸盖的方法，步骤如下：
(1)奥氏体化：将HT300缸盖毛坯以350℃/h的速度升温至860～950℃，保温2小时；
(2)等温淬火：将完全奥氏体化的HT300缸盖毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为280～380℃，等温淬火时间为2小时；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占50wt％，NaNO2占50wt％；
(3)将等温淬火强化后的HT300缸盖毛坯空冷至室温或退火；退火步骤为：将等温淬火强化后的HT300缸盖毛坯放入退火炉中以150℃/h的速度升温至500～550℃退火2h，随炉冷却至200℃后空冷至室温；
(4)清洗：对HT300缸盖毛坯进行清洗，去除表面的残盐，并干燥；
(5)喷丸：对HT300缸盖毛坯进行清理喷丸，去除表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(6)机加工：按图纸对HT300缸盖毛坯进行粗加工和精加工，加工出合格的发动机缸盖，即HT300缸盖。
对实施例15～20制备HT300缸盖取样分析，石墨形态和大小均与铸态HT300缸盖接近，金相组织均为细致贝氏体，测试HT300缸盖的硬度、抗拉强度、残余应力及热疲劳寿命，结果如表2所示：
表2实施例15～20的热处理条件及产品性能
Figure BDA0003094019330000221
Figure BDA0003094019330000231
-表示未处理。
实施例21～27
实施例21～27提供制备高寿命飞轮、制动鼓的方法，步骤如下：
(1)取用于制备飞轮、制动鼓的HT250毛坯放真空炉中加热至860～920℃，保温1～2h，然后将完全奥氏体化的HT250毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为280～320℃，保温时间1.5～2.5h；盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占50wt％，NaNO2占50wt％；
(2)清洗：将等温淬火理后的HT250毛坯在专用清洗设备中进行清洗，去除表面的残盐，并进行干燥防锈处理，为后续机械加工做准备；
(3)退火：将清洗之后的HT250毛坯放入退火炉中进行退火，退火工艺为：以150℃/h的速度加热HT250毛坯至500～550℃，保温1～2h，然后随炉冷却至200℃，然后出炉空冷至室温；
(4)机加：对HT250毛坯进行机加工，加工出合格发动机飞轮或制动鼓，分别称为HT250飞轮、HT250制动鼓。
在等温淬火+退火强化后的HT250毛坯上进行取样分析，金相组织为细致贝氏体+残余奥氏体+片状石墨，对发动机飞轮或制动鼓的硬度、抗拉强度、以及寿命进行检测，测试HT250飞轮寿命时，模拟实车工况试验，测试HT250飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数，即为HT250飞轮寿命。测试HT250制动鼓热疲劳寿命时，按照30℃～500℃(低温～高温)的试验规范进行冷热疲劳试验。
结果如表3所示。
表3实施例21～27的热处理参数及产品性能
Figure BDA0003094019330000241
Figure BDA0003094019330000251
Figure BDA0003094019330000261
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种提高灰铸铁发动机缸盖寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)等温淬火强化：气氛保护下或真空炉中，将灰铸铁铸造的发动机缸盖毛坯升温至850℃～950℃，保温1～2.5小时；然后将毛坯快速放入盐浴炉中进行等温淬火，等温淬火温度为270～380℃，等温淬火时间为0.5～2.5小时；所述灰铸铁为HT250或HT300；
(2)将毛坯(i)空冷至室温或(ii)退火，得到高寿命灰铸铁；所述退火步骤为：将毛坯放入退火炉中升温至500～550℃，保温1～2.5小时，再使毛坯随炉冷却至不高于200℃，然后出炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的提高灰铸铁发动机缸盖寿命的方法，其特征在于：步骤(1)中升温的速度为300℃/h～400℃/h；步骤(2)中退火炉的升温速度为100～200℃/h。
3.根据权利要求1所述的提高灰铸铁发动机缸盖寿命的方法，其特征在于：步骤(1)中盐浴炉采用的淬火盐由KNO3和NaNO2组成，其中，KNO3占50wt％～55wt％，NaNO2占45wt％～50wt％。
4.根据权利要求1所述的提高灰铸铁发动机缸盖寿命的方法，其特征在于：毛坯的材质为HT250，毛坯在850℃保温，270℃等温淬火。
5.根据权利要求1所述的提高灰铸铁发动机缸盖寿命的方法，其特征在于：毛坯的材质为HT300，毛坯在920℃保温，280℃等温淬火。
6.按权利要求1-5任一项所述的提高灰铸铁发动机缸盖寿命的方法制备的高寿命灰铸铁发动机缸盖。
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