CN113322372A - 发动机缸盖及其制备方法 - Google Patents

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CN113322372A CN202110602254.0A CN202110602254A CN113322372A CN 113322372 A CN113322372 A CN 113322372A CN 202110602254 A CN202110602254 A CN 202110602254A CN 113322372 A CN113322372 A CN 113322372A
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余金科
吴永强
牛恩来
赵俊平
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Abstract

本申请涉及一种发动机缸盖及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)奥氏体化：将蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖毛坯加热至880℃～960℃，并保温1h～2.5h；(2)等温淬火：将完全奥氏体化的发动机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290℃～360℃，等温淬火时间为1h～2h，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温；(3)加工：对发动机缸盖毛坯进行机加工，得到发动机缸盖。本申请可以提高蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖的强度和热疲劳寿命。

Description

发动机缸盖及其制备方法
技术领域
本申请涉及汽车制造行业内发动机关键零部件技术领域，特别涉及发动机缸盖及其制备方法。
背景技术
随着对节能减排的要求越来越高，汽车轻量化设计的需求越来越大，柴油机缸盖作为发动机中的一个关键零部件，其重量较大，是产品设计师轻量化设计的重点对象。现如今柴油机缸盖轻量化设计方向主要有两个：1.结构优化，在满足性能需求的前提下，对缸盖的某些部位进行减重减薄设计；2.材料优化，采用更高强度的材料，进而对缸盖整体进行减薄减重设计。蠕墨铸铁中含有较多的合金元素Cr、Mo、Sn等，像RuT350的基体强度可达350MPa，RuT450的基体强度高达450MPa，是现今大马力发动机缸盖的首选材料，轻量化效果较好。
但是由于蠕铁中添加了较多的合金元素，导致蠕铁的导热性变差，此外由于蠕墨铸铁缸盖轻量化设计比较突出，缸盖鼻梁区厚度较薄，实际生产中发现蠕墨铸铁缸盖的热疲劳寿命较低，RuT350材质的仅为200次，RuT450材质的仅为400次，限制了蠕墨铸铁缸盖的轻量化设计空间。
缸盖的热疲劳寿命与以下两个因素有关：热导率、材料强度。缸盖热疲劳寿命与热导率和材料强度正相关。因此，如何提高蠕墨铸铁发动机缸盖的强度，进而提高热疲劳寿命，成为了现阶段亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种发动机缸盖及其制备方法，可以提高蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖的强度和热疲劳寿命。
第一方面，提供了发动机缸盖的制备方法，其包括如下步骤：
奥氏体化：将蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖毛坯加热至880℃～960℃，并保温1h～2.5h；
等温淬火：将完全奥氏体化的发动机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290℃～360℃，等温淬火时间为1h～2h，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温；
加工：对发动机缸盖毛坯进行机加工，得到发动机缸盖。
作为上述技术方案的优选，在奥氏体化步骤中，加热速度为280℃/h～350℃/h。
作为上述技术方案的优选，在奥氏体化步骤中，保温温度为920℃。
作为上述技术方案的优选，所述蠕墨铸铁采用RuT350或RuT450。
作为上述技术方案的优选，在等温淬火步骤中，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％。
作为上述技术方案的优选，在等温淬火步骤中，等温淬火温度为290℃。
作为上述技术方案的优选，在等温淬火步骤之后，且在加工步骤之前，所述制备方法还包括如下退火步骤：
退火：将等温淬火后的发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至520℃～560℃，保温1h～1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
作为上述技术方案的优选，在退火步骤中，加热速度为100℃/h～200℃/h。
作为上述技术方案的优选，在退火步骤中，退火温度为540℃。
第二方面，提供了一种发动机缸盖，采用上述任一所述的发动机缸盖的制备方法制备得到。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请将蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖毛坯，经过等温淬火处理后，可以大幅地提升发动机缸盖的热疲劳寿命，对于RuT350，硬度可达到250HB，抗拉强度Rm可达到420MPa，热疲劳寿命可达800次，力学性能及热疲劳寿命均优于铸态RuT350发动机缸盖的力学性能；对于RuT450，硬度可达到240HB，抗拉强度Rm可达到510MPa，热疲劳寿命可达980次，力学性能及热疲劳寿命均优于铸态RuT450发动机缸盖的力学性能。
本申请将蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖毛坯，经过等温淬火加退火强化后，可以进一步地提升发动机缸盖的热疲劳寿命，对于RuT350，硬度可达到240HB，抗拉强度Rm可达到400MPa，热疲劳寿命可达1000次；对于RuT450，硬度可达到230HB，抗拉强度Rm可达到500MPa，热疲劳寿命可达1100次。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的铸态RuT350发动机缸盖毛坯的金相组织图；
图2为本申请实施例提供的铸态RuT450发动机缸盖毛坯的金相组织图；
图3为本申请实施例1的RuT350发动机缸盖的金相组织图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种发动机缸盖的制备方法，其包括如下步骤：
奥氏体化：将蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖毛坯加热至880℃～960℃，并保温1h～2.5h。
等温淬火：将完全奥氏体化的发动机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290℃～360℃，等温淬火时间为1h～2h，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
加工：对发动机缸盖毛坯进行机加工，得到发动机缸盖。
在奥氏体化步骤中，按照280℃/h～350℃/h的速度加热，升温过快，则会导致RuT350发动机缸盖毛坯受热不均匀，残余应力较大，降低热疲劳寿命，而升温过慢，则耗时较长，降低生产效率。若保温温度低于880℃或保温时间低于1h，则发动机缸盖毛坯奥氏体化不充分，而若保温温度高于960℃或保温时间高于2.5h，则会造成发动机缸盖毛坯氧化严重，最终组织粗大，降低其硬度、抗拉强度以及热疲劳寿命。
在等温淬火步骤中，若淬火时间低于1h，则残余奥氏体过多，不利于提高基体的强度，而若淬火时间高于2h，则发动机缸盖毛坯表面会出现氧化严重现象。等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％。
在等温淬火步骤之后，且在加工步骤之前，所述制备方法还包括如下退火步骤：
退火：将等温淬火后的发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至520℃～560℃，保温1h～1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。通过退火处理，可以降低缸盖的残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
在退火步骤中，加热速度为100℃/h～200℃/h。
如无特殊说明，本申请实施例和对比例均采用同一批次的RuT350发动机缸盖毛坯或RuT450发动机缸盖毛坯，其铸造方法如下：将合金材料熔炼后进行浇铸，得到合格的RuT350发动机缸盖毛坯或RuT450发动机缸盖毛坯。参见图1所示，铸态RuT350发动机缸盖毛坯的金相组织为30％珠光体+70％铁素体+蠕虫状石墨，达到铸态RuT350的技术要求，参见图2所示，铸态RuT450发动机缸盖毛坯的金相组织为85％珠光体+15％铁素体+蠕虫状石墨，达到铸态RuT450的技术要求。
如无特殊说明，本申请实施例和对比例中发动机缸盖的热疲劳寿命测试采用如下方法：采用中国专利文献CN112213225A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，采用感应加热方式将发动机缸盖加热至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，循环次数为疲劳寿命值。
实施例1
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至880℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为220HB，抗拉强度Rm为390MPa，参见图3所示，金相组织为90％的贝氏体+10％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为650次。
实施例2
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至900℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为230HB，抗拉强度Rm为400MPa，金相组织为90％的贝氏体+10％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为730次。
实施例3
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为250HB，抗拉强度Rm为420MPa，金相组织为85％的贝氏体+15％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为800次。
实施例4
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至940℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为230HB，抗拉强度Rm为405MPa，金相组织为80％的贝氏体+20％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为750次。
实施例5
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT350发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至520℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为210HB，抗拉强度Rm为360MPa，金相组织为80％的贝氏体+20％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为800次。
实施例6
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT350发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至530℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为220HB，抗拉强度Rm为370MPa，金相组织为85％的贝氏体+15％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为900次。
实施例7
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT350发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至540℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为240HB，抗拉强度Rm为400MPa，金相组织为90％的贝氏体+10％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为1000次。
实施例8
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT350发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至550℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为230HB，抗拉强度Rm为390MPa，金相组织为80％的贝氏体+20％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为950次。
实施例9
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT350发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至560℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为220HB，抗拉强度Rm为370MPa，金相组织为85％的贝氏体+15％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为900次。
实施例10
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT450发动机缸盖毛坯加热至900℃，并保温2.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT450发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温2h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为225HB，抗拉强度Rm为480MPa，金相组织为90％的贝氏体+10％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为850次。
实施例11
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT450发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温2.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT450发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温2h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为240HB，抗拉强度Rm为510MPa，金相组织为94％的贝氏体+6％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为980次。
实施例12
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT450发动机缸盖毛坯加热至950℃，并保温2.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT450发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温2h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT450发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至520℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为230HB，抗拉强度Rm为500MPa，金相组织为94％的贝氏体+6％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为1100次。
实施例13
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT450发动机缸盖毛坯加热至950℃，并保温2.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT450发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为330℃，保温2h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT450发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至520℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为220HB，抗拉强度Rm为480MPa，金相组织为95％的贝氏体+5％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为1000次。
实施例14
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT450发动机缸盖毛坯加热至950℃，并保温2.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT450发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温2h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT450发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至540℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为230HB，抗拉强度Rm为490MPa，金相组织为98％的贝氏体+2％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为1080次。
实施例15
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT450发动机缸盖毛坯加热至950℃，并保温2.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT450发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温2h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT450发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至560℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为220HB，抗拉强度Rm为480MPa，金相组织为98％的贝氏体+2％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为1050次。
实施例16
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT450发动机缸盖毛坯加热至920℃，并保温2.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT450发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温2h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)退火：将等温淬火后的RuT450发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至520℃，加热速度为150℃/h，保温1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
步骤6)加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为210HB，抗拉强度Rm为470MPa，金相组织为98％的贝氏体+2％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为1020次。
对比例1
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)机加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为180HB，抗拉强度Rm为290MPa，同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为200次。
对比例2
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至880℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为280℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为200HB，抗拉强度Rm为320MPa，金相组织为90％的贝氏体+10％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为250次。
对比例3
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至880℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为370℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为190HB，抗拉强度Rm为300MPa，金相组织为80％的贝氏体+20％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为220次。
对比例4
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至860℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为210HB，抗拉强度Rm为295MPa，金相组织为90％的贝氏体+10％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为210次。
对比例5
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT350材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT350发动机缸盖毛坯。
步骤3)奥氏体化：将RuT350发动机缸盖毛坯加热至970℃，并保温1.5h，加热速度为320℃/h。
步骤4)等温淬火：在气氛保护下，将完全奥氏体化的RuT350发动机缸盖毛坯快速转入盐浴淬火炉中，控制淬火温度为290℃，保温1.5h，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温。
步骤5)加工：RuT350发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为200HB，抗拉强度Rm为300MPa，金相组织为85％的贝氏体+15％的残余奥氏体+蠕虫状石墨。同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为230次。
对比例6
一种发动机缸盖的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)选材：选取符合GB/T 9439-2010标准要求的RuT450材料。
步骤2)铸造：采用砂型铸造，铸造出所需的RuT450发动机缸盖毛坯。
步骤3)机加工：RuT450发动机缸盖毛坯进行粗加工及精加工，加工出合格发动机缸盖。
在发动机缸盖本体上进行取样分析，硬度为200HB，抗拉强度Rm为380MPa，同时进行热疲劳试验，80℃～420℃热疲劳寿命为400次。
表1各实施例和对比例的热处理条件及发动机缸盖性能
Figure BDA0003093302480000201
Figure BDA0003093302480000211
注：S表示“实施例”，如S1即为实施例1；D表示“对比例”，如D1即为对比例1。
针对于RuT350材质：
结合上表1，从实施例S1～S9中，可以看到，本申请对RuT350进行强化处理之后，RuT350发动机缸盖的热疲劳寿命由其铸态RuT350的200次，提升到强化之后的600次以上，在实施例S7中，热疲劳寿命达到1000，采用本申请的方法，对RuT350进行强化处理后，大大提高了热疲劳寿命。
结合D2、D3和S1，当淬火温度低于290℃或高于360℃时，制造出来的RuT350发动机缸盖，在硬度、抗拉强度以及热疲劳寿命上相对于铸态RuT350发动机缸盖而言有所增加；而当淬火处理的温度处于290℃～360℃时，硬度、抗拉强度均得到较大提高，且热疲劳寿命得到显著提升，达到650次。
结合D4、D5、S2、S3和S4，当奥氏体化温度低于880℃时，制造出来的RuT350发动机缸盖，在硬度、抗拉强度和热疲劳寿命上相对于铸态RuT350发动机缸盖而言差不多；而当奥氏体化温度高于960℃时，硬度、抗拉强度相对于铸态RuT350发动机缸盖而言差不多，热疲劳寿命有所提升，但是低于奥氏体化温度在880℃～960℃时的热疲劳寿命。
结合S3、S5、S6、S7、S8和S9，经过退火处理后，尽管在硬度、抗拉强度上有一定降低，但是因为退火处理可以改善切削加工性、降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，同时细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，故退火处理后的热疲劳寿命又进一步地得到提升，在退火温度为540℃时，制造出来的RuT350发动机缸盖，热疲劳寿命最高，达到1000次。
针对于RuT450材质：
从实施例S10～S16中，可以看到，本申请对RuT450进行强化处理之后，RuT450发动机缸盖的热疲劳寿命由其铸态RuT450的400次，提升到850次以上，在实施例S12中，热疲劳寿命达到1100次，采用本申请的方法，对RuT450进行强化处理后，大大提高了热疲劳寿命。
结合S10～S16，经过退火处理后，尽管在硬度、抗拉强度上有一定降低，但是因为退火处理可以改善切削加工性、降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，同时细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，故退火处理后的热疲劳寿命又进一步地得到提升，在退火温度为520℃时，制造出来的RuT450发动机缸盖，热疲劳寿命最高，达到1100次。
本申请的原理如下：
铸态的发动机缸盖毛坯的金相组织为珠光体+铁素体+蠕虫状石墨，铸态的发动机缸盖毛坯加热至880℃～960℃，并保温1h～2.5h，使组织全部奥氏体化，立即在290℃～360℃条件下进行等温淬火，虽然石墨形态不发生变化，但是奥氏体等温转变成细致的贝氏体组织，获得贝氏体与残余奥氏体的混合组织，蠕虫状石墨周围分布着贝氏体，残余奥氏体也有利于增强蠕墨铸铁的韧性，最终提高了基体的强度，使基体具备良好的力学性能。再进一步地进行退火处理，尽管在硬度、抗拉强度上有一定降低，但是因为退火处理可以改善切削加工性、降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，同时细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，故退火处理后的热疲劳寿命又进一步地得到提升。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (10)

1.发动机缸盖的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
奥氏体化：将蠕墨铸铁浇铸而成的发动机缸盖毛坯加热至880℃～960℃，并保温1h～2.5h；
等温淬火：将完全奥氏体化的发动机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290℃～360℃，等温淬火时间为1h～2h，之后从盐浴中取出，清洗后空冷至室温；
加工：对发动机缸盖毛坯进行机加工，得到发动机缸盖。
2.如权利要求1所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于：在奥氏体化步骤中，加热速度为280℃/h～350℃/h。
3.如权利要求1所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于：在奥氏体化步骤中，保温温度为920℃。
4.如权利要求1所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于：所述蠕墨铸铁采用RuT350或RuT450。
5.如权利要求1所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于：在等温淬火步骤中，等温淬火所使用的盐浴为NaNO2和KNO3，且NaNO2和KNO3的质量百分数各为50％。
6.如权利要求1所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于：在等温淬火步骤中，等温淬火温度为290℃。
7.如权利要求1所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于，在等温淬火步骤之后，且在加工步骤之前，所述制备方法还包括如下退火步骤：
退火：将等温淬火后的发动机缸盖毛坯放入退火炉中升温至520℃～560℃，保温1h～1.5h，随炉冷却至不高于250℃，然后出炉空冷至室温。
8.如权利要求7所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于：在退火步骤中，加热速度为100℃/h～200℃/h。
9.如权利要求7所述的发动机缸盖的制备方法，其特征在于：在退火步骤中，退火温度为540℃。
10.一种发动机缸盖，其特征在于：采用权利要求1至9任一所述的发动机缸盖的制备方法制备得到。
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