一种发动机缸体、缸套的制备方法与流程

本发明属于发动机缸体、缸套的制备方法，特别属于钢铝复合材料的发动机缸体、缸套的制备方法。
背景技术：
：为减轻发动机质量，满足柴油发动机轻量化、高燃爆的需求，采用铝合金为作柴油发动机的机体材料，另外采用合金钢套作为气缸套来制备柴油发动机。传统的发动机缸体缸套通过沟槽、粗糙表面达到机械结合，但机械结合的缸体缸套无法进行打孔、切削的机械再次加工操作。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种可以进行机械的再次加工的一种发动机缸体、缸套的制备方法。本发明解决技术问题的技术方案为：一种发动机缸体、缸套的制备方法，包括以下工序：a)钢套打磨工序；b)清洗除油工序；c)碱洗除锈工序：d)浸助镀剂工序；e)浸铝液工序；f)浇注铝合金工序；g)清理工序；所述的e)浸铝液工序为将涂好助镀剂的钢套浸入温度为740-760℃、纯度不小于99％的铝液中，保温10-20分钟。所述的d)浸助镀剂工序为将c)碱洗除锈工序除锈好的钢套浸在助镀剂中，再于40-80℃烘干至恒重；所述的助镀剂为4-6％kcl、4-6％kf、3-5％nacl，其余为水。所述的a)钢套打磨工序中，钢套的材质为38crmoal。所述的f)浇注铝合金工序中，铝合金的材质为zl702a。从铁铝硅的三元平衡相图可以看出，铁和铝、硅之间可以形成固溶体、金属间化合物和共晶体。当al液中si含量为6-8％时，随着al液中fe含量的增加，会先后出现al5fesi、al8fe2si、feal3金属间化合物。本发明中e)浸铝液工序中钢铝界面反应层的初始形成过程主要分成4个阶段。(1)界面反应阶段1，fe与al基体相互接触，fe原子和al、si原子开始向对方的基体中扩散，fe在al中的扩散系数远大于al在fe中的扩散系数；(2)界面反应阶段2，在铝侧局部能量高的地方生成针片状al5fesi相。(3)界面反应阶段3，随着铝原子进一步扩散至al5fesi相与fe(al)固溶体间，al8fe2si相开始生长。(4)界面反应阶段4，al8fe2si层生长为连续的相层，cr原子固溶在al8fe2si中，fe、al原子扩散需经过al8fe2si相层，降低了al在此相层中的扩散，从而抑制了feal3相的生长；fe、cr原子要先在致密层扩散才能到达铝基体中，致使近铝侧fe原子减少，而al、si原子过量，产生了少量弥散的颗粒状al8fe2si相和针片状al5fesi相。本发明与现有技术相比，通过在缸套表面涂覆助镀剂、浸铝，使缸体、缸套进行冶金结合，所制成的缸体、缸套可以进行机械的再次加工。附图说明图1为实施例2所制缸体缸套的eds点分布图。图2为不同浸铝时间的热浸铝界面金相图。图中(a)5min(b)10min(c)15min(d)20min。图3为实施例4所制缸体缸套的热浸镀10min硬度曲线图。图4为实施例4所制缸体缸套的热浸镀15min硬度曲线图。图5为实施例4所制缸体缸套的热浸镀20min硬度曲线图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作详细的说明。本发明采用zl702a作柴油发动机缸体，38crmoal作发动机缸套。表1zl702a合金成分表238crmoal合金成分csimncrmoalfe0.35～0.420.2～0.450.3～0.61.35～1.650.15～0.250.7～1.1余量实施例1：一种发动机缸体、缸套的制备方法，包括以下工序：a)钢套打磨工序；b)清洗除油工序；c)碱洗除锈工序：d)浸助镀剂工序；e)浸铝液工序；f)浇注铝合金工序；g)清理工序；所述的e)浸铝液工序为将涂好助镀剂的钢套浸入温度为740℃、纯度不小于99％的铝液中，保温10分钟。所述的d)浸助镀剂工序为将c)碱洗除锈工序除锈好的钢套浸在助镀剂中，再于40℃烘干至恒重；所述的助镀剂为4％kcl、4％kf、3％nacl，其余为水。所述的a)钢套打磨工序中，钢套的材质为38crmoal。所述的f)浇注铝合金工序中，铝合金的材质为zl702a。实施例2：一种发动机缸体、缸套的制备方法，包括以下工序：a)钢套打磨工序；b)清洗除油工序；c)碱洗除锈工序：d)浸助镀剂工序；e)浸铝液工序；f)浇注铝合金工序；g)清理工序；所述的e)浸铝液工序为将涂好助镀剂的钢套浸入温度为740-760℃、纯度不小于99％的铝液中，保温11分钟。所述的d)浸助镀剂工序为将c)碱洗除锈工序除锈好的钢套浸在助镀剂中，再于60℃烘干至恒重；所述的助镀剂为5％kcl、5％kf、4％nacl，其余为水。所述的a)钢套打磨工序中，钢套的材质为38crmoal。所述的f)浇注铝合金工序中，铝合金的材质为zl702a。从实施例2所制的钢/铝复层的左右两侧分别取样，观察界面微观组织，发现在fe/al界面处形成了一层18-23μm连续的中间相层，同时在铝基体侧过渡层中存在弥散的颗粒状金属间化合物相。产生这种形貌的原因是随着fe、al原子的扩散，在钢铝界面处形成了一层致密的中间相层，最先生成的连续相层破坏了铝与铁的接触，扩散层的进一步生长是在穿过连续相层的条件下进行的，这时fe原子要先在致密层扩散才能到达铝基体中，致使近铝侧fe原子减少，而al、si原子过量，产生了弥散的金属间化合物相。表3为图1的eds成分分析结果，表3钢铝界面各点成分结合表3中eds结果可以知道靠近钢一侧连续相层为al8fe2sicrx相，al基体中弥散的针片状金属间化合物为al5fesi相，颗粒状金属间化合物为al8fe2sicrx相。从fe-al-si三元相图可知，al5fesi相优先于al8fe2si相产生。实施例3一种发动机缸体、缸套的制备方法，包括以下工序：a)钢套打磨工序；b)清洗除油工序；c)碱洗除锈工序：d)浸助镀剂工序；e)浸铝液工序；f)浇注铝合金工序；g)清理工序；所述的e)浸铝液工序为将涂好助镀剂的钢套浸入温度为760℃、纯度不小于99％的铝液中，保温20分钟。所述的d)浸助镀剂工序为将c)碱洗除锈工序除锈好的钢套浸在助镀剂中，再于80℃烘干至恒重；所述的助镀剂为6％kcl、6％kf、5％nacl，其余为水。所述的a)钢套打磨工序中，钢套的材质为38crmoal。所述的f)浇注铝合金工序中，铝合金的材质为zl702a。实施例4：除浸铝时间分别为5、10、15、20分钟外，其余与实施例2相同。如图2所示，当热浸铝5min时，钢铝界面结合处有缝隙产生，结合质量差；热浸铝10min时，钢铝界面基本实现冶金结合，但仍有微小裂缝产生；热浸铝15、20min时，界面形成连续完整的金属间化合物层，实现了完全冶金结合。并且我们发现随着热浸铝时间的增加，化合物层的厚度也随之增长，这是因为在同一温度下，保温时间越长，铝铁元素向两侧扩散的越充分，从而界面生成金属间化合物的厚度也越厚，但过厚的厚度也影响缸体缸套的结合和机加性能。用显微硬度计沿着钢/铝复合材料复合层相垂自的方向进行显微硬度梯度测量，如图3、4、5所示，铝合金一侧的显微硬度为hv61.07～hv82.54，钢基体一侧的硬度为hv228.44～hv372.86，复合材料复合层的显微硬度最高为hv486.32～hv688.24，这表明钢/铝复合材料复合层的铁铝化合物al8fe2si为高硬度脆性相。对双金属复合材料结合界面区附近硬度测试结果进行分析，芯材靠近熔合部分的硬度高于芯材的其它部分，这是由于靠近界面处存在fe及a1原子的扩散而形成的fe-al化合物造成的。钢基体和铝基体硬度值并没有随距离界面的远近而发生明显变化，这迸一步说明基体中的溶质是相对均匀分布的。fe、al元素扩散越充分，硬度值越大，热浸镀20min时各部分硬度值偏高的原因是由于al基体中固溶fe原子聚集并形成针片状al5fesi相，随着反应的进行，al基体中针片状al5fesi相断裂形成针细小颗粒状al8fe2si相，弥散分布于al基体中，有效增加对位错滑移的阻碍作用，产生了弥散强化，提高了合金的强度和硬度，而软的铝合金基体保证了合金具有一定的塑性。当前第1页12