本发明涉及离心铸造领域，尤其是一种发动机缸套离心铸造方法。
背景技术：
：全铝发动机具有重量轻、散热性能好等优点，在行业内已经被广泛推广应用，但是其机械性能、耐磨性能、热稳定性等不如铸铁。为此，目前行业内采用铝缸体加铸铁镶套的方式来解决这一问题。应用于铝缸体的铸铁镶套又称为气缸套，气缸套是在高温、高速和高压力环境下工作的，为此，要求其制备材料具有较高的室高温强度、良好的耐磨性能和高的组织结构稳定性。近年来，节能减排经济发展模式要求发动机缸套使用温度提高、自身重量尽量减轻、使用寿命增长，为此，广泛地采用高性能合金铸铁材质制备缸套。为了提高缸套工作温度、降低发动机自重、提高发动机寿命、减少废气排放，特别是在重型运载机车上，对于发动机缸套材料的内表面组织结构要求更为严格。目前，在我国行业标准规定，针对离心铸造缸套的金相检测部位选择一般在距离近工作面2mm范围以内，而该缸套的组织光学金相检测要求远远高于行业要求：其要求在整个缸套截面上的组织均应符合要求。因此，采用传统离心铸造工艺，由于离心铸造过程熔体顺序凝固方式及离心力的作用，制备的缸套材料的抗拉强度及硬度虽然能满足产品力学性能要求，但是，合金气缸套在使用一段时间之后，内孔磨损加剧，缸壁和活塞环之间产生较大的间隙，致使发动机跑气，有效功率降低，机油耗量大幅度上升，发动机使用寿命降低。因此，研发改善气缸套内表面组织结构，获得具有更高耐磨性能、更低磨损系数的铝合金气缸套显得尤为重要。技术实现要素：本发明旨在解决上述技术问题。为此，本发明提出一种发动机缸套离心铸造方法，该方法能够有效地提高气缸套的耐磨性能以及降低气缸套的磨损系数。本发明采用的技术方案是：一种发动机缸套离心铸造方法，具体包括以下步骤：a.合金材料准备及熔炼：称取各原料，控制碳含量2.9％～4.0％，硫含量0.03％～0.08％，硅含量1.9％～3.1％，磷含量0～0.4％，锰含量0.1％～0.35％，铬含量0～0.5％，镍含量0.3％～0.8％，钛含量0～0.02％，铜含量0.5％～0.7％，铼含量0～0.03％，锡含量0～0.2％，钼含量0.01％～0.03％，钨0.01％～0.03％，余量为铁，随后采用中频感应电炉熔炼各原料，控制铁水出炉温度为1650℃～1700℃；b.球化孕育材料准备：根据铁水总量确定所需球化剂与孕育剂的总量，并对球化剂与孕育剂进行干燥处理；c.球化孕育材料装包：将球化剂、部分孕育剂、覆盖剂依次放入包内；d.球化孕育处理：将部分铁水迅速倒入包内，球化反应接近尾声时加入余下的孕育剂与余下铁水，处理后的铁水温度为1550℃～1650℃；e.浇注离心成型：启动离心浇注机，将铁水倒入浇注管模中，离心成型后冷却即得到气缸套。作为上述技术方案的进一步改进，所述球化剂为qrmg8re3(jb/t9228-1999)，所述球化剂中混合有稀土元素钇、铈和钪。作为上述技术方案的进一步改进，以重量计，各稀土元素占球化剂总量的百分比为：钇：0.05％～0.08％，铈：0.01％～0.03％，钪：0.07％～0.1％。作为上述技术方案的进一步改进，步骤c中，包的底部设有堤坝结构，球化剂、部分孕育剂、覆盖剂依次铺设在堤坝结构的一端，步骤d中，铁水从堤坝结构的另一端倒入包内。作为上述技术方案的进一步改进，部分孕育剂与覆盖剂之间铺设有铁屑层，铁屑层的铁屑粒度为1～3mm。作为上述技术方案的进一步改进，步骤e中，启动离心浇注机之前预热浇注管模至350℃～450℃。作为上述技术方案的进一步改进，步骤e中，启动离心浇注机至转速达到550～650转/分，随后倒入总量一半的铁水，离心成型后调节离心浇注机至转速达到800～1000转/分，然后倒入剩余的一半铁水。作为上述技术方案的进一步改进，步骤e中，所述冷却采用固定恒压恒流的冷却水进行水冷。作为上述技术方案的进一步改进，该方法还包括步骤f，淬火：将气缸套加热至830℃～860℃，保温1.5～2小时，使得气缸套组织完全奥氏体化，随后等温淬火温度控制在285～315℃，保温20～30分钟，然后取出空冷。作为上述技术方案的进一步改进，该方法还包括步骤e，回火：将气缸套在热处理炉中回火，回火温度为500℃～600℃，保温1.5～2小时，然后以40～120℃/小时冷却。本发明的有益效果是：采用中频感应电炉熔炼铁水，中频感应电炉易于调整铁水成分，控制铁水温度，可为气缸套的生产提供优质铁水，基本解决了冲天炉熔炼铁水化学成分不均匀和出炉温度低的问题，同时本发明在大量实验的基础上，通过精选合金成分，配合合理的工艺设计，使得所制备的气缸套在强度、韧性及耐磨性远高于各种合金铸铁材质，高于贝氏体灰铸铁和普通球墨铸铁材质，使得气缸套具有更好的机械性能。具体实施方式一种发动机缸套离心铸造方法，具体包括以下步骤：a.合金材料准备及熔炼：称取各原料，控制碳含量2.9％～4.0％，硫含量0.03％～0.08％，硅含量1.9％～3.1％，磷含量0～0.4％，锰含量0.1％～0.35％，铬含量0～0.5％，镍含量0.3％～0.8％，钛含量0～0.02％，铜含量0.5％～0.7％，铼含量0～0.03％，锡含量0～0.2％，钼含量0.01％～0.03％，钨0.01％～0.03％，余量为铁，随后采用中频感应电炉熔炼各原料，控制铁水出炉温度为1650℃～1700℃；b.球化孕育材料准备：根据铁水总量确定所需球化剂与孕育剂的总量，并对球化剂与孕育剂进行干燥处理；c.球化孕育材料装包：将球化剂、部分孕育剂、覆盖剂依次放入包内；d.球化孕育处理：将部分铁水迅速倒入包内，球化反应接近尾声时加入余下的孕育剂与余下铁水，处理后的铁水温度为1550℃～1650℃；e.浇注离心成型：启动离心浇注机，将铁水倒入浇注管模中，离心成型后冷却即得到气缸套。采用中频感应电炉熔炼铁水，中频感应电炉易于调整铁水成分，控制铁水温度，可为气缸套的生产提供优质铁水，基本解决了冲天炉熔炼铁水化学成分不均匀和出炉温度低的问题，同时本发明在大量实验的基础上，通过精选合金成分，配合合理的工艺设计，使得所制备的气缸套在强度、韧性及耐磨性远高于各种合金铸铁材质，高于贝氏体灰铸铁和普通球墨铸铁材质，使得气缸套具有更好的机械性能。本发明方法制成的气缸套各个化学成分的作用如下：1)碳是石墨化形成元素，具有稳定奥氏体，阻碍贝氏体转变的作用，球铁中碳高可阻碍渗碳体的析出；2)硫能够有效地增加灰铁共晶晶团数和薄壁球铁铸件球数，但是过多的硫会导致铸件产生脆性，造成表面缺陷和熔渣缺陷，因此要把硫含量控制在0.08％以下；3)硅在球铁中可以促进石墨化，随着硅量增加，石墨球径细小，铁素体量增加，从而提高球铁的机械性能，硅本身是负偏析元素，对基体有强化作用，在等温淬火时可抑制碳化物的形成；4)磷很容易偏析，一般含磷量接近0.1％就会出现2～3％的磷共晶，磷对等温球铁有明显的脆化作用；5)锰是很容易偏析的元素，常在晶界大量富集，使共晶团边界出现游离渗碳体和马氏体，严重恶化机械性能，一般把锰控制在0.5％以下；6)铬在铸铁凝固过程中，铬促成渗碳体的作用很强，使铸铁的白口倾向增强；7)镍可以轻微降低其抗拉强度，但可以显著提高塑性和韧性，适当增加镍的含量可以提高铸件的淬硬性；8)钛能够有效地增强气缸套铸件的韧性以及机械性能；9)铜能有效抑制等温转变时的碳化物的形成，所以能显著提高等温淬火球墨铸铁的塑性和韧性，适当增加铜的含量可以提高铸件的淬硬性；10)铼能够大幅度改善、提高合金铸铁的性能；11)锡溶与液体铁及铁素体，共晶期间促进石墨化，降低奥氏体转变温度，扩大奥氏体区，能细化并增加珠光体；12)钼是一种具有很强淬透性的元素。可以阻碍珠光体的转变，而不阻碍针状铁素体的转变，与镍有相反的偏析方式，因此不产生大块晶间碳化物的条件下能使基体显微硬度达到比较好的平衡。13)钨是稳定的碳化物元素，提升铸件的具稳定性和耐磨性。进一步优选的，球化剂为qrmg8re3(jb/t9228-1999)，球化剂中混合有稀土元素钇、铈和钪。以重量计，各稀土元素占球化剂总量的百分比为：钇：0.05％～0.08％，铈：0.01％～0.03％，钪：0.07％～0.1％。采用稀土金属元素钇、铈、钪作为球化剂1具有沸点高、能抑制反球化元素干扰作用的优点。进一步优选的，步骤c中，包的底部设有堤坝结构，球化剂、部分孕育剂、覆盖剂依次铺设在堤坝结构的一端，步骤d中，铁水从堤坝结构的另一端倒入包内，以防止向包内倒入铁水时，铁水直接冲击球化剂等材料，从而影响铁水队球化剂的吸收。进一步优选的，部分孕育剂与覆盖剂之间铺设有铁屑层，铁屑层的铁屑粒度为1～3mm，铁屑层能够有效地防止铁水在倒入包中时球化剂起爆。进一步优选的，步骤e中，启动离心浇注机之前预热浇注管模至350℃～450℃。进一步优选的，步骤e中，启动离心浇注机至转速达到550～650转/分，随后倒入总量一半的铁水，离心成型后调节离心浇注机至转速达到800～1000转/分，然后倒入剩余的一半铁水。进一步优选的，步骤e中，冷却采用固定恒压恒流的冷却水进行水冷。采用固定恒压恒流的冷却水进行水冷，通过水冷阀和专门的水冷管道稳定的控制冷却水的压力和流量，使铸件均匀的沿离心铸造件径向散热，保证了铸件的冷却速度，整个铸件的冷却条件更加均匀稳定，有利于铸件金相组织的控制，而且可以减少原材料的使用，节约成本。进一步优选的，该方法还包括步骤f，淬火：将气缸套加热至830℃～860℃，保温1.5～2小时，使得气缸套组织完全奥氏体化，随后等温淬火温度控制在285～315℃，保温20～30分钟，然后取出空冷。进一步优选的，该方法还包括步骤e，回火：将气缸套在热处理炉中回火，回火温度为500℃～600℃，保温1.5～2小时，然后以40～120℃/小时冷却。下面以具体实施例对本发明进行说明，下述实施例均采用上述离心铸造方法：实施例一按表1化学百分比进行配料：表1元素碳硫磷硅锰铬镍含量％2.90.0301.90.100.3元素锡钨铜钛铼钼铁含量％00.010.5000.01余量球化剂的成分配比如表2所示：表2元素钇铈钪qrmg8re3含量％0.050.010.07余量熔炼设备为中频感应电炉，铁水出炉温度为：1650℃；将部分铁水倒入放有球化剂、部分孕育剂、铁屑层、覆盖剂的包内，其中部分铁水的含量为铁水总量的一半，球化剂采用qrmg8re3(jb/t9228-1999)并混入稀土元素，部分孕育剂的含量为孕育剂总量的三分之二，铁屑层的铁屑粒度为1mm；球化反应接近尾声时加入余下的孕育剂及余下铁水；球化处理后铁水温度为：1550℃。预热浇注管模至350℃，启动离心浇注机至转速达到550转/分，随后倒入总量一半的铁水，离心成型后调节离心浇注机至转速达到800转/分，倒入剩余铁水，离心成型后冷却得到气缸套毛坯。将气缸套毛坯加热至830℃，保温1.5小时，使得气缸套毛坯组织完全奥氏体化，随后等温淬火温度控制在285℃，保温20分钟后空冷；将气缸套毛坯在热处理炉中回火，回火温度为500℃，保温1.5小时，然后以40℃/小时冷却。最终所得气缸套的抗拉强度为930mpa，表面硬度为367hb，其耐磨性能提升31％。实施例二按表3化学百分比进行配料：表3元素碳硫磷硅锰铬镍含量％3.50.050.22.00.250.250.5元素锡钨铜钛铼钼铁含量％0.10.020.60.010.010.02余量球化剂的成分配比如表4所示：表4元素钇铈钪qrmg8re3含量％0.060.020.08余量熔炼设备为中频感应电炉，铁水出炉温度为：1680℃；将部分铁水倒入放有球化剂、部分孕育剂、铁屑层、覆盖剂的包内，其中部分铁水的含量为铁水总量的一半，球化剂采用qrmg8re3(jb/t9228-1999)并混入稀土元素，部分孕育剂的含量为孕育剂总量的三分之二，铁屑层的铁屑粒度为2mm；球化反应接近尾声时加入余下的孕育剂及余下铁水；球化处理后铁水温度为：1600℃。预热浇注管模至400℃，启动离心浇注机至转速达到600转/分，随后倒入总量一半的铁水，离心成型后调节离心浇注机至转速达到900转/分，倒入剩余铁水，离心成型后冷却得到气缸套毛坯。将气缸套毛坯加热至845℃，保温1.8小时，使得气缸套毛坯组织完全奥氏体化，随后等温淬火温度控制在300℃，保温25分钟后空冷；将气缸套毛坯在热处理炉中回火，回火温度为550℃，保温1.8小时，然后以80℃/小时冷却。最终所得气缸套的抗拉强度为941mpa，表面硬度为373hb，其耐磨性能提升36％。实施例三按表5化学百分比进行配料：表5元素碳硫磷硅锰铬镍含量％4.00.080.43.10.350.50.8元素锡钨铜钛铼钼铁含量％0.20.030.70.020.030.03余量球化剂的成分配比如表6所示：表6元素钇铈钪qrmg8re3含量％0.080.030.1余量熔炼设备为中频感应电炉，铁水出炉温度为：1700℃；将部分铁水倒入放有球化剂、部分孕育剂、铁屑层、覆盖剂的包内，其中部分铁水的含量为铁水总量的一半，球化剂采用qrmg8re3(jb/t9228-1999)并混入稀土元素，部分孕育剂的含量为孕育剂总量的三分之二，铁屑层的铁屑粒度为3mm；球化反应接近尾声时加入余下的孕育剂及余下铁水；球化处理后铁水温度为：1650℃。预热浇注管模至450℃，启动离心浇注机至转速达到650转/分，随后倒入总量一半的铁水，离心成型后调节离心浇注机至转速达到1000转/分，倒入剩余铁水，离心成型后冷却得到气缸套毛坯。将气缸套毛坯加热至860℃，保温2小时，使得气缸套毛坯组织完全奥氏体化，随后等温淬火温度控制在315℃，保温30分钟后空冷；将气缸套毛坯在热处理炉中回火，回火温度为600℃，保温2小时，然后以120℃/小时冷却。最终所得气缸套的抗拉强度为919mpa，表面硬度为352hb，其耐磨性能提升27％。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12