专利名称：：铜铬硼气缸套沸水淬火处理工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及汽车发动机部件汽缸套的淬火处理技术，特别是对铜铬硼气缸套进行沸水淬火处理的工艺方法。
背景技术：
：近年来，Cu-Cr-B铸铁材料具有熔炼简单、材料成本低、机加工性能好的特点，铜铬硼铸铁材料己经广泛应用于制备汽车发动机重要部件——气缸套上。但是，由于铜铬硼气缸套显微组织和力学性能要求都较高，生产中很难同时兼顾以上两者。为了保证金相组织中的石墨形态，铜铬硼气缸套在生产中往往在实际控制中将铬、铜等合金元素往上限控制，使其强度特别是硬度能尽量提高到HB260以上。而这一硬度仍然未能满足该类型气缸套的强度要求。因此，选择一种合适的工艺来解决这一技术难题势在必行。
发明内容本发明的目的是提供一种铜铬硼气缸套沸水淬火处理工艺，以通过特定的淬火处理方法，使气缸套的综合力学性能得到提高。本发明的目的是这样实现的一种铜铬硼气缸套沸水淬火处理工艺，按以下步骤进行a)、铬硼气缸套的孕育方法将铁水的出炉温度控制在1500°C1620°C，采用515mm粒度的硅钡合金孕育剂Fe5BaSi60或Fe2BaSi65进行一次孕育；然后根据三角试片的具体情况，用粒度为35mra的75硅铁合金进行二次孕育调整；最后在浇包中加入0.l0.2%的粒度为13mm的75硅铁合金进行三次孕育处理，孕育总量控制在0.61.2%。经一次孕育处理后的铁水必须在15分钟内浇注完。b)、铜铬硼气缸套的浇注方法浇注时模具内腔的涂料厚度不低于1.5mm，该涂料按质量百分比的各组分膨润土510°/。；120160目石英砂5565%;滑石粉812%;无磷洗衣粉0.61.0%;160200目石英砂余量；模具温度在铁水浇注前应控制在30(TC以上，以避免过冷石墨的产生；在铸件呈暗红色、即冷却至80085(TC后，方可脱模。c)、气缸套的沸水淬火处理方法采用气缸套铸件余热进行沸水淬火处理将自来水控制到水温不低于9(TC的沸腾状态后，将脱模后的铸件立即放入沸腾开水中进行淬火冷却处理；在铸件温度低于20(TC后，可将铸件从沸水中取出；尽量保证铸件在沸水中有足够的冷却时间，以利于消除铸件内应力。铜络硼气缸套成分规范及材料性能要求如下表一及表二表一铜铬硼缸套的现有化学成分规范(质量百分比%)cSPMnSiCrCuBFe3.0《《0.61.80.251.30.04余3.20.060.250.82.40.41.70.07量表二铜铬硼气缸套性能要求抗拉强度Ob(Mpa)硬度(布氏硬度)弹性模量(Gpa)》250HB280HB310》100金相组织要求石墨按照GB7216-1987标准，石墨形态为分布均匀的A、B型，D型石墨少于10%，l-2级合格，且石墨长度《200um。气缸套内硬质相为含硼复合物或含硼碳化物，允许有少量单独析出的磷共晶，但是，含硼复合物中的磷共晶和单独析出的磷共晶应小于或等于视场中硬质相总面积的20%，硬质相应呈断续网状或分散状，分布均匀，不允许有严重偏析或严重枝晶。l-2级合格。硬质相呈网孔分布时，网孔直径《250nm;硬质相呈分散分布时，其单块面积《4000umN硬质相中允许有少量渗碳体和莱氏体，其中渗碳体的数量《7%视场面积，莱氏体数量《14%视场面积，渗碳体和莱氏体的总量《14%视场面积，渗碳体单块面积《1000um2，莱氏体单块面积《2000wm2。基体组织为珠光体，允许有少量游离铁素体，其数量《2%视场面积，级别为l级。同一气缸套内表面硬度差不大于20HB。现有工艺的生产现状及现状分析如下在生产中为了满足产品的强度要求，将铬、铜合金元素往上限控制，其实际控制范围见表三。虽然抗拉强度达到了250Mpa，弹性模量在100Gpa左右，但其硬度仍然只能达到HB260HB280左右。孕育工艺采用行包及浇包两次孕育，涂料按表四所立的配方进行，此时，金相组织分析表明，有大量的过冷石墨存在。由此造成产品性能抽检合格率较低，只有80%左右。表三铜铬硼气缸套的生产实际成分控制范围(质量百分比％)cSPMnSiCrCuBFe3.0《《0.6~1.8~0.32~1.55~0.04~余量3.20.060.250.82.40.41.70.07表四模具内腔石英砂涂料生产实际配方(质量百分比％)膨润土石英砂(120160目)滑石粉无磷洗衣粉石英砂(80100目)51055658120.61.0余量鉴于此，通过分析，选择了先固化石墨的形成过程，再强化基体组织的工艺。石墨的固化可通过新型的孕育工艺、浇注工艺和凝固结晶过程实现。基体的强化，拟对气缸套采用沸水淬火。在一定冷速下，一方面抑制马氏体等非平衡组织的形成，另一方面，抑制铁素体的析出，获得更多的珠光体，并使珠光体晶团尺寸和层片间距得到细化，从而使其材料的综合力学性能得到提高。新型工艺条件下铜铬硼气缸套完全能满足前述有关金相组织的所有要求。试验的成分规范及实验结果分别如下表五、表六、表七。表五新型工艺条件下的铜铬硼气缸套的成分规范(质量百分比％)cSPMnSiCrCuBFe2.8《《0.6~1.8~0.25~1.3~0.04~余量3.40.060.250.82.40.41.70.07表六新型工艺条件下铜铬硼气缸套的可达到的性能抗拉强度Ob(Mpa)硬度(布氏硬度)弹性模量(Gpa)》270HB280HB310》117表七新型工艺条件下铜铬硼气缸套的金相组织特征(金相分析结果)石墨B化物B、C基体<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由以上分析测试结果可知，Cu-Cr-B铸铁气缸套经过新技术处理，材料显微组织和力学性能全面地达到要求。本发明的有益效果是1、采用多级(三级)孕育处理，有效减弱了孕育衰退；2、模具内腔涂料采用了新型工艺配方，提高了保温性能，降低了模具内腔的过冷度；3、采用沸水淬火处理强化铸铁基体材料力学性能，解决了铜铬硼气缸套石墨化与硬度之间的技术难题。铸铁气缸套沸水淬火技术是采用先完成石墨化过程，再对基体材料进行强化处理的技术。这样，就解决了在常规工艺条件下铜铬硼气缸套随着硬度提高，缸套过冷倾向增加，使缸套容易得到过冷石墨或产生白口组织的问题。对铜铬硼气缸套采用沸水淬火处理，有效抑制了淬火马氏体的产生，在铜铬硼气缸套材料中获得细小珠光体晶团和层片间距的珠光体组织，使铸铁气缸套材料的硬度、强度和弹性模量等综合力学性能得到提高；4、在与得到相同硬度及弹性模量的材料相比较，采用沸水淬火处理降低了合金的使用成本，拓宽了成分范围，使成分在生产中的控制更加容易；5、采用沸水淬火，保证了淬火液的温度恒定，也就是使得气缸套淬火冷却速度恒定，由此保证了铸铁气缸套铸件淬火工艺及材料力学性能的稳定性；具体实施例方式一种铜铬硼气缸套沸水淬火处理工艺，按以下步骤进行a)、铬硼气缸套的孕育方法将铁水的出炉温度控制在1500°C1620°C，采用515rnm粒度的硅钡合金孕育剂Fe5BaSi60或Fe2BaSi65进行一次孕育；然后根据三角试片的具体情况，用粒度为35mm的75硅铁合金进行二次孕育调整；最后在浇包中加入0.l0.2%的粒度为13mm的75硅铁合金进行三次孕育处理，孕育总量控制在0.61.2%。经一次孕育处理后的铁水必须在15分钟内浇注完。b)、铜铬硼气缸套的浇注方法浇注时模具内腔的涂料厚度不低于1.5mm，该涂料按质量百分比的各组分为膨润土510%;120160目石英砂5565%;滑石粉812%;无磷洗衣粉0.61.0%;160200目石英砂余量。具体为膨润土8%;120160目石英砂60%;滑石粉10%;无磷洗衣粉0.8%;160200目石英砂余量。模具温度在铁水浇注前应控制在300'C以上，以避免过冷石墨的产生；在铸件呈暗红色、即冷却至800850。C后，方可脱模。c)、气缸套的沸水淬火处理方法采用气缸套铸件余热进行沸水淬火处理将自来水控制到水温不低于90°C沸腾状态后，将脱模后的铸件立即放入沸腾开水中进行淬火冷却处理；在铸件温度低于200。C后，可将铸件从沸水中取出；尽量保证铸件在沸水中有足够的冷却时间，以利于消除铸件内应力。具体实施例笔者按照上述方案在本厂生产的RBA108-A气缸套上进行了试验。试验时的各参数控制如表八。试验结果分别见表九、表十、表十一。表八RBA108-A气缸套毛坯生产过程参数控制记录表出炉温度(。c)515mmFe2BaSi65孕育量(％)35mm75硅铁合金孕育量(％)13mm75硅铁合金孕育量(％)15850.50.250.15浇注时间模具温度脱模温度淬火介质水温(min)rc)rc)rc)1435084499表九RBA108-A气缸套产品成分检测结果(质量百分比％)cSPMnSiCrCuBFe3.050.0330.110.712.230.281.610.051余量表十RBA108-A气缸套产品金相检测结果石墨B化物B、C基体7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1、一种铜铬硼气缸套沸水淬火处理工艺，其特征是按以下步骤进行a)、铬硼气缸套的孕育方法将铁水的出炉温度控制在1500℃～1620℃，采用5～15mm粒度的硅钡合金孕育剂Fe5BaSi60或Fe2BaSi65进行一次孕育；然后根据三角试片的具体情况，用粒度为3～5mm的75硅铁合金进行二次孕育调整；最后在浇包中加入0.1～0.2％的粒度为1～3mm的75硅铁合金进行三次孕育处理，孕育总量控制在0.6～1.2％；经一次孕育处理后的铁水必须在15分钟内浇注完；b)、铜铬硼气缸套的浇注方法浇注时模具内腔的涂料厚度不低于1.5mm，该涂料按质量百分比的各组分为膨润土5～10％；120～160目石英砂55～65％；滑石粉8～12％；无磷洗衣粉0.6～1.0％；160～200目石英砂余量；模具温度在铁水浇注前应控制在300℃以上，以避免过冷石墨的产生；在铸件呈暗红色、即冷却至800～850℃后，方可脱模；c)、气缸套的沸水淬火处理方法采用气缸套铸件余热进行沸水淬火处理将自来水控制到不低于90℃的沸腾状态后，将脱模后的铸件立即放入沸腾开水中进行淬火冷却处理；在铸件温度低于200℃后，可将铸件从沸水中取出；尽量保证铸件在沸水中有足够的冷却时间，以利于消除铸件内应力。2、根据权利要求1所述铜铬硼气缸套沸水淬火处理工艺，其特征是，所述涂料的各组分为膨润土8%;120160目石英砂60%;滑石粉10%;无磷洗衣粉0.8%;160200目石英砂余量。全文摘要一种铜铬硼气缸套沸水淬火处理工艺，属汽车发动机气缸套的淬火处理方法。步骤如下a)、将铁水的出炉温度控制在1500℃～1620℃，采用硅钡合金孕育剂对气缸套进行一次孕育；然后根据情况，用粒度75硅铁合金进行二次孕育调整，三次孕育处理；b)、浇注时模具内腔的涂料厚度不低于1.5mm，模具温度在铁水浇注前应控制在300℃以上；在铸件呈暗红色后，方可脱模；c)、采用气缸套铸件余热进行沸水淬火处理将自来水控制到水温不低于90℃的沸腾状态后，将脱模后的铸件放入沸腾开水中进行淬火冷却处理；在铸件温度低于200℃后，可将铸件从沸水中取出。它采用特定的沸水淬火技术，降低了加工成本，保证了气缸套力学性能的稳定性。文档编号C21D9/00GK101445865SQ20081014805公开日2009年6月3日申请日期2008年12月26日优先权日2008年12月26日发明者彭明诚,徐昌友,杨国正,杨庆年,贺跃辉,高永树申请人:成都银河动力股份有限公司