CN113736974A - 一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，通过预热、高温加热保温、快速降温与盐淬的方法制备含有贝氏体结构的柴油机缸套，相较于添加大量的贝氏体化合金元素，成本有明显降低，同时缸套的材料性能更高，本申请还公开了一种等温贝氏体热处理装置，通过将预热炉、高温炉以及盐淬炉依次设置，并在三者的内部依次设置第一横向传输装置、纵向传输装置与第二横向传输装置，从而对材料进行快速的转移，整个过程十分省人省力，待处理材料不会在外部长时间暴露，从而提升材料自身温度的可控性，从而节约能源，另外快速的对高温材料进行转移，同样能够起到减少能量逸散的效果，从而提升能源利用效率。

Description

一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺

技术领域

本发明属于气缸套技术领域，具体涉及一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺。

背景技术

目前国内柴油机缸套多采用贝氏体材质，此材质优点是抗拉强度高，材料硬度高，作为发动机最重要的组成部分，它作为发动机燃烧室具有能承受的冲击强度高、抗暴燃和抗爆缸能力突出等优势。

目前国内柴油机贝氏体缸套基本为铸态贝氏，主要通过添加较高的贝氏体化合金元素：镍铁和钼铁来实现，其极限抗拉强度仅为480MPa，且需要通过添加较多的钼、镍合金，故成本相对较高，另外，现有技术中在通过热处理制备贝氏体材料时，会出现物料转移困难，转移成本高的问题，而物料转移困难会带来能量泄露严重、物料温度不好控制的情况，导致能源浪费，生产环境温度高以及产品质量难以得到保障的情况，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，解决以下技术问题：

1、现有技术中贝氏体生产成本高，且极限抗拉伸强度并不能满足大部分的需要；

2、现有技术中在生产等温贝氏体材料时，各设备较为分散，在对待处理物料进行转移时，生产设备的内部热量逸散严重，导致能量损耗严重，而转运困难同样导致在转运过程中，待处理材料会长时间处于未加热状态，从而一方面影响贝氏体的成型质量吗，另一方面造成能量损耗，并导致生产环境温度的提升。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，包括如下步骤：

第一步，通过金属模离心浇注成型，得到铸造毛坯；

第二步，在空气条件下加热铸造毛坯至300℃-600℃后保温处理2-4h，对铸造毛坯进行预热；

第三步，提升处理温度至700℃-1100℃后，保温处理1-2h后进行降温冷却处理；

第四步，对降温至200℃-400℃的铸造毛坯进行保温盐淬，保温时间为1-3h，得到高强度贝氏体缸套；

第五步，对高强度贝氏体缸套进行打磨处理，得到成品的柴油机缸套。

作为本发明的进一步方案，等温贝氏体柴油机缸套的材质包括以下百分比含量元素：C：2.7％-3.3％；Si：2.7％-3.4％；Mn:0.4％-0.6％；P:≤0.05％；Mo：0.2％-0.4％；Ni：0.3％-0.6％；Ti：≤0.01％。

作为本发明的进一步方案，第三步中降温冷却的具体方法为以每分钟15-90℃的降温速率进行降温。

作为本发明的进一步方案，第二步至第四步是通过等温贝氏体热处理装置来进行的；

等温贝氏体热处理装置包括依次设置的预热炉、高温炉以及淬火炉3；

预热炉与高温炉均为两端开口的结构，且预热炉与高温炉的两端在开口的位置上设置有自动门；

所述预热炉内安装有第一横向传输装置，高温炉内安装有纵向传输装置，淬火炉内安装有第二横向传输装置；

第一横向传输装置包括固定安装在预热炉外壳内壁两相对侧面上的第一滑动安装架，与第一滑动安装架滑动设置的第一传动轨，第一传动轨上设置有第一限位轨道，第一限位轨道沿第一传动轨延伸方向设置，且第一滑动安装架不会对第一限位轨道进行遮挡；

纵向传输装置用于对物料进行支撑与抬升；

第二横向传输装置包括固定安装在淬火炉内壁两相对侧面上的第二滑动安装架，滑动安装在第二滑动安装架上的第二传动轨，第二传动轨上设置有第三限位轨道，两个第二滑动安装架沿垂直于第二滑动安装架的方向相互靠近或远离；

两个第二传动轨通过驱动结构驱动沿着第二传动轨的轴长方向往复运动。

作为本发明的进一步方案，纵向传输装置包括两个平行设置的支撑架，两个支撑架的相对侧边上分别设置有第二限位轨道，两个支撑架之间通过若干根加强筋固定连接。

作为本发明的进一步方案，所述淬火炉包括箱体与顶部密封盖，所述箱体的顶部开口位置设置有滑道，两个第二滑动安装架的底部固定安装有滑块，两个第二滑动安装架通过滑块与滑道之间滑动连接。

作为本发明的进一步方案，所述箱体设计为倒凸字形结构，箱体的上端部分尺寸大于箱体的下侧部分。

作为本发明的进一步方案，顶部密封盖通过起吊的方式上下移动，顶部密封盖上设置有一个供绳索出入的孔，一个绳索通过该孔进入淬火炉内与装货小车连接，并通过该绳索对小车进行起吊与放下。

作为本发明的进一步方案，预热炉与高温炉之间还设置有密封装夹装置与动力安装台，密封装夹装置包括设置在预热炉与高温炉之间的底部密封台阶，预热炉靠近高温炉一端开口的底端与底部密封台阶的一面密封连接，高温炉靠近预热炉的一端开口的底端与底部密封台阶的一面密封连接；

所述动力安装台上安装有沿竖直方向往复运动的顶部密封件以及两个沿水平方向往复运动的侧边密封件，通过顶部密封件、两个侧边密封件以及底部密封台阶对预热炉的出料一端以及高温炉的进料一端进行密封连接。

作为本发明的进一步方案，上述等温贝氏体热处理装置的工作方法为：

S1、将待处理材料叠放在带滚轮的小车上，将小车起吊至预热炉内，使小车的滚轮与第一限位轨道对应，将预热炉封闭后，升温加热至预设温度后保温处理；

S2、在完成预热后，封闭高温炉，加热至高于预热温度20℃-60℃后，启动密封装夹装置对预热炉的出料一端以及高温炉的进料一端进行密封连接，然后打开高温炉的进料一端，驱动第一传动轨滑动，使第一限位轨道与第二限位轨道对接，驱动小车进入高温炉内，封闭预热炉与高温炉；

S3、开启高温炉进行加热，提升温度至预设温度后保温处理，保温处理结束后，向高温炉内输入冷空气；

S4、完成降温处理后，驱动支撑架上移，使支撑架的位置与第二滑动安装架对应，驱动第二传动轨滑动并与支撑架对接，驱动小车移动至第二传动轨上，通过吊绳吊住小车后，两个第二滑动安装架相互远离，然后将小车下放至熔盐中，下放使顶部密封盖与箱体密封结合后，保温盐淬处理预设时间；

S5、盐淬处理完成后，降温水洗后沥干，完成处理。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过预热、高温加热保温、快速降温与盐淬的方法制备含有贝氏体结构的柴油机缸套，相较于添加大量的贝氏体化合金元素，成本有明显降低。

(2)本申请通过将预热炉、高温炉以及盐淬炉依次设置，并在三者的内部依次设置第一横向传输装置、纵向传输装置与第二横向传输装置，生产时，将待处理的材料放置在带滚轮的小车上，小车在第一横向传输装置、纵向传输装置与第二横向传输装置进行水平方向与竖直方向上的位移，从而对小车以及小车上放置的材料进行快速的转移，整个过程十分迅速，待处理材料不会在外部长时间暴露，从而提升材料自身温度的可控性，从而提升贝氏体的成型质量，另外快速的对高温材料进行转移，同样能够起到减少能量逸散的效果，从而提升能源利用效率；

(3)本申请通过在预热炉以及高温炉之间设置密封装夹装置，在将材料从预热炉转移至高温炉的过程中，通过密封装夹装置能够在预热炉与高温炉之间建立密封通道，从而起到减少能量逸散的效果，另外，在将材料转移至高温炉之前，先对高温炉进行升温加热，能够避免材料进入高温炉后降温明显，影响贝氏体成型效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明所述等温贝氏体柴油机缸套制备工艺的流程图；

图2是本发明所述等温贝氏体热处理装置的简易结构图；

图3为第一横向传输装置、纵向传输装置与第二横向传输装置的结构示意图；

图4是密封装夹装置的结构示意图；

图5是淬火炉的俯视图；

图6是淬火炉的侧视图。

图中：1、预热炉；2、高温炉；3、淬火炉；4、密封装夹装置；11、第一滑动安装架；12、第一传动轨；13、第一限位轨道；14、加强筋；21、支撑架；22、限位孔；23、第二限位轨道；31、第二滑动安装架；32、滑块；33、第二传动轨；34、第三限位轨道；35、箱体；36、顶部密封盖；37、滑道；38、适应缺口；41、动力安装台；42、顶部密封件；43、侧边密封件；44、底部密封台阶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，如图1所示，包括如下步骤：

第一步，通过金属模离心浇注成型，得到铸造毛坯；

第二步，在空气条件下加热铸造毛坯至300℃-600℃后保温处理2-4h，对铸造毛坯进行预热；

第三步，提升处理温度至700℃-1100℃后，保温处理1-2h后进行降温冷却处理，具体的冷却方法为以每分钟15-90℃的降温速率进行降温，避免缓慢冷却降温导致在材料内部产生珠光体、先共析铁素体及上贝氏体等组织，同时快速冷却能够提升材料的热应力；

第四步，对降温至200℃-400℃的铸造毛坯进行保温盐淬，保温时间为1-3h，使钢材料获得贝氏体组织，得到高强度贝氏体缸套；

第五步，对高强度贝氏体缸套进行打磨处理，得到成品的柴油机缸套。

等温贝氏体柴油机缸套的材质包括以下百分比含量元素：C：2.7％-3.3％；Si：2.7％-3.4％；Mn:0.4％-0.6％；P:≤0.05％；Mo：0.2％-0.4％；Ni：0.3％-0.6％；Ti：≤0.01％；

上述的第二步至第四步是通过等温贝氏体热处理装置来进行的，如图2至图6所示，所述等温贝氏体热处理装置包括依次设置的预热炉1、高温炉2以及淬火炉3；

预热炉1与高温炉2均为两端开口的结构，且预热炉1与高温炉2的两端在开口的位置上设置有自动门；

在本发明的一个实施例中，预热炉1的两端开口均设置在靠近底面的一侧，高温炉2靠近预热炉1的一端开口设置在靠近底面的一侧，高温炉2靠近淬火炉3的一端开口设置在靠近顶面的一侧，从而在方便运输的前提下减少开口尺寸，降低热量损耗和加热装置的密封难度；

预热炉1、高温炉2与淬火炉3内均设置有用于加热的加热组件，在本发明的一个实施例中，加热组件为电加热管；

所述高温炉2还包括制冷组件，用于对高温炉2的内部进行降温，在本发明的一个实施例中，制冷组件包括一端与高温炉2内部接通的输气管道，输气管道的另一端连接有制冷机箱，输气管道上设置有电磁阀；

预热炉1、高温炉2以及淬火炉3内均安装有温度监控装置，用于对炉内温度以及炉内处理的材料的温度进行监控；

所述预热炉1内安装有第一横向传输装置，高温炉2内安装有纵向传输装置，淬火炉3内安装有第二横向传输装置；

第一横向传输装置包括固定安装在预热炉1外壳内壁两相对侧面上的第一滑动安装架11，与第一滑动安装架11滑动设置的第一传动轨12，第一传动轨12上设置有第一限位轨道13，第一限位轨道13沿第一传动轨12延伸方向设置，且第一滑动安装架11不会对第一限位轨道13进行遮挡；

其中第一限位轨道13用于对装载有待处理材料的小车进行限位和路径引导；

两个第一滑动安装架11的底部固定安装有若干根加强筋14，加强筋14的两端固定安装在预热炉1的壳体上，对第一滑动安装架11进行支撑，避免第一滑动安装架11受力变形或者脱落；

所述第一传动轨12通过驱动结构驱动沿着第一滑动安装架11往复滑动；

纵向传输装置用于对物料进行支撑与抬升，具体的，纵向传输装置包括两个平行设置的支撑架21，两个支撑架21的相对侧边上分别设置有第二限位轨道23，两个支撑架21之间通过若干根加强筋14固定连接件，提升纵向传输装置的整体强度，支撑架21通过抬升装置进行纵向上的位置移动；

所述支撑架21的两端设置有限位孔22，限位孔22可以为螺纹孔或光滑孔；

在本发明的一个实施例中，所述抬升装置包括固定安装在高温炉2内的四个竖直设置的光滑柱体，此时限位孔22设计为光滑孔，且限位孔22套接在光滑柱体上，通过顶部起吊的方式对支撑架21进行抬升与下降；

在本发明另一个实施例中，所述抬升装置包括转动安装在高温炉2内的四个竖直设置的螺纹杆，此时限位孔设计为螺纹孔，且限位孔22套接在螺纹杆上，通过电机驱动螺纹杆转动，进而驱动支撑架21在竖直方向上的位移；

第二横向传输装置包括固定安装在淬火炉3内壁两相对侧面上的第二滑动安装架31，滑动安装在第二滑动安装架31上的第二传动轨33，第二传动轨33上设置有第三限位轨道34，两个第二滑动安装架31的底部固定安装有滑块32；

所述淬火炉3包括箱体35与顶部密封盖36，所述箱体35的顶部开口位置设置有滑道37，两个第二滑动安装架31通过滑块32与滑道37之间滑动连接，且两个第二滑动安装架31能够通过滑动位移相互远离或相互接近；

两个第二传动轨33通过驱动结构驱动沿着第二传动轨33的轴长方向往复运动，

在本发明的一个实施例中，驱动结构为驱动气缸，驱动气缸的气缸轴端部与第一传动轨12或第二传动轨33的端部固定连接，具体的：

驱动气缸的全部或部分缸体固定在预热炉1或淬火炉3内部；或

驱动气缸的缸体固定在预热炉1外部且气缸轴与预热炉1的壳体相对滑动设置；

所述箱体35上对应第二传动轨33设置有适应缺口38，使第二传动轨33能够沿着适应缺口38部分走出箱体35的内部，顶部密封盖36上对应适应缺口38设置有凸起块，以保证顶部密封盖36与箱体35结合时能够起到密封的效果；

在本发明的一个实施例中，第一滑动安装架11与第二滑动安装架31的正截面均为U形结构，且第一传动轨12在第一滑动安装架11内只能沿第一限位轨道13方向滑动，而无法在垂直于第一限位轨道13的方向上运动，第二传动轨33在第二滑动安装架31内只能沿第三限位轨道34方向往复滑动，而无法在垂直于第三限位轨道34方向上运动；

在本发明的一个实施例中，所述箱体35设计为倒凸字形结构，即箱体35的上端部分设计为长宽较大的结构，从而方便第二横向传输装置的运动，以及装载有待处理材料的小车的转移，而箱体35的下侧部分设置为在满足盐淬条件的情况下尽可能小的结构，从而提升熔盐的利用效率；

在本发明的一个实施例中，顶部密封盖36采用起吊的方式上下移动，顶部密封盖36上还设置有一个供绳索出入的孔，一个绳索通过该孔进入淬火炉3内与装货小车连接，并通过该绳索对小车进行起吊与放下；

为了提升能源的利用效率，在本发明的一个实施例中，预热炉1与高温炉2之间还设置有密封装夹装置4与动力安装台41，密封装夹装置4包括设置在预热炉1与高温炉2之间的底部密封台阶44，预热炉1靠近高温炉2一端开口的底端与底部密封台阶44的一面密封连接，高温炉2靠近预热炉1的一端开口的底端与底部密封台阶44的一面密封连接；

所述动力安装台41上安装有沿竖直方向往复运动的顶部密封件42以及两个沿水平方向往复运动的侧边密封件43，通过顶部密封件42、两个侧边密封件43以及底部密封台阶44对预热炉1的出料一端以及高温炉2的进料一端进行密封连接；

本发明所述的等温贝氏体热处理装置的工作方法为：

S1、将待处理材料叠放在带滚轮的小车上，将小车起吊至预热炉1内，使小车的滚轮与第一限位轨道13对应，将预热炉1封闭后，升温加热至预设温度后保温处理；

S2、在完成预热后，封闭高温炉2，加热至高于预热温度20℃-60℃后，启动密封装夹装置4对预热炉1的出料一端以及高温炉2的进料一端进行密封连接，然后打开高温炉2的进料一端，驱动第一传动轨12滑动，使第一限位轨道13与第二限位轨道23对接，驱动小车进入高温炉2内，封闭预热炉1与高温炉2；

S3、开启高温炉2进行加热，提升温度至预设温度后保温处理，保温处理结束后，向高温炉2内输入冷空气，对待处理材料进行降温，通过输入的冷气体的量以及温度来控制降温速率；

S4、完成降温处理后，驱动支撑架21上移，使支撑架21的位置与第二滑动安装架31对应，驱动第二传动轨33滑动并与支撑架21对接，驱动小车移动至第二传动轨33上，通过吊绳吊住小车后，两个第二滑动安装架31相互远离，然后将小车下放至熔盐中，下放使顶部密封盖36与箱体35密封结合后，保温盐淬处理预设时间；

S5、盐淬处理完成后，降温水洗后沥干，完成处理。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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发明和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，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连接，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，通过金属模离心浇注成型，得到铸造毛坯；

第二步，在空气条件下通过等温贝氏体热处理装置加热铸造毛坯至300℃-600℃后保温处理2-4h，对铸造毛坯进行预热；

第三步，提升处理温度至700℃-1100℃后，保温处理1-2h后进行降温冷却处理；

第四步，对降温至200℃-400℃的铸造毛坯进行保温盐淬，保温时间为1-3h，得到高强度贝氏体缸套；

第五步，对高强度贝氏体缸套进行打磨处理，得到成品的柴油机缸套。

2.根据权利要求1所述的一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，其特征在于，等温贝氏体柴油机缸套的材质包括以下百分比含量元素：

C：2.7％-3.3％；Si：2.7％-3.4％；Mn:0.4％-0.6％；P:≤0.05％；Mo：0.2％-0.4％；Ni：0.3％-0.6％；Ti：≤0.01％。

3.根据权利要求1所述的一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，其特征在于，第三步中降温冷却的具体方法为以每分钟15℃-90℃的降温速率进行降温。

4.根据权利要求1所述的一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，其特征在于，第二步中预热的具体方法为：

将待处理材料叠放在带滚轮的小车上，将小车起吊至预热炉(1)内，使小车的滚轮与第一限位轨道(13)对应，将预热炉(1)封闭后，升温加热至预设温度后保温处理。

5.根据权利要求1所述的一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，其特征在于，第三步的具体步骤为：

封闭高温炉(2)，加热至高于预热温度20℃-60℃后，启动密封装夹装置(4)对预热炉(1)的出料一端以及高温炉(2)的进料一端进行密封连接，然后打开高温炉(2)的进料一端，驱动第一传动轨(12)滑动，使第一限位轨道(13)与第二限位轨道(23)对接，驱动小车进入高温炉(2)内，封闭预热炉(1)与高温炉(2)；

开启高温炉(2)进行加热，提升温度至预设温度后保温处理，保温处理结束后，向高温炉(2)内输入冷空气。

6.根据权利要求1所述的一种高强度等温贝氏体柴油机缸套制备工艺，其特征在于，第四步对铸造毛坯进行保温盐淬的方法为：

驱动支撑架(21)上移，使支撑架(21)的位置与第二滑动安装架(31)对应，驱动第二传动轨(33)滑动并与支撑架(21)对接，驱动小车移动至第二传动轨(33)上，通过吊绳吊住小车后，两个第二滑动安装架(31)相互远离，然后将小车下放至熔盐中，下放使顶部密封盖(36)与箱体(35)密封结合后，保温盐淬处理预设时间。

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