一種高阻尼高性能合金氣缸套及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】一種高阻尼高性能合金氣缸套及其制備工藝，包括氣缸套本體及噴涂于氣缸套本體外壁上的鋅鋁高阻尼合金涂層，鋅鋁合金涂層厚為0.3?1mm；以重量百分比計，氣缸套本體化學組成為：C3.2～3.5%，Si2.8～3.3%，0<P<0.02%，0<S<0.01%，Cu3.0～4.0%，Mn1.5～2.0%，Ni0.4～0.6%，Mg0.04～0.08%，Ce0.02～0.05%，余量為Fe。通過本發(fā)明的配方和制備工藝獲得的球墨鑄鐵氣缸套具有高的阻尼特性，即可以有效地降低發(fā)動機氣缸套的振動及噪音，且內壁磨損面具有良好的耐磨性及減磨性，外壁具有強度高、塑性好，且具有良好的抗腐蝕及抗穴蝕性能，與活塞磨合期短等優(yōu)點。
【專利說明】
一種高阻尼高性能合金氣缸套及其制備工藝
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機配件生產領域，具體涉及一種高阻尼高性能合金氣缸套及其制備工藝。
【背景技術】
[0002]氣缸套是發(fā)動機的易損件之一，其與活塞、活塞環(huán)、活塞銷共同組成氣缸四組件，氣缸套作用是將氣缸中燃料燃燒產生的壓力通過曲柄連桿機構轉化成機械能做功，其質量的好壞直接影響發(fā)動機的動力性、經濟性和使用壽命，然而，發(fā)動機實際使用過程中，常產生嚴重的振動和噪音，發(fā)動機振動一定程度地引起濕式氣缸套早磨、穴蝕、崩缸失效報廢，再者濕式氣缸套內壁受高溫高壓燃氣作用，外壁受冷卻水激冷作用也常導致其外壁化學腐蝕、電化學腐蝕及表面高溫水泡的多次沖擊穴蝕、崩缸失效報廢，如何能有效地降低發(fā)動機氣缸套振動和噪音，減輕氣缸套外壁腐蝕、穴蝕，即高阻尼高性能合金氣缸套一直是各缸套生產企業(yè)研究的方向，因此，研究高阻尼高性能合金氣缸套，具有深遠的意義。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高阻尼高性能合金氣缸套及其制備工藝。
[0004]為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是:
一種高阻尼高性能合金氣缸套，氣缸套本體及噴涂于氣缸套本體外壁上的鋅鋁合金涂層(該涂層為高阻尼合金涂層)，鋅鋁合金涂層厚為0.3-lmm，鋅鋁合金中鋅含量60-70wt%，鋁含量30-40wt%;以重量百分比計，氣缸套本體化學組成為:碳(C) 3.2?3.5%，硅(Si) 2.8?3.3%，0〈磷(卩)〈0.02%，0〈硫(5)〈0.01%，銅(01) 3.0?4.0%，錳(Mn)I.5?2.0%，鎳(Ni)0.4?0.6%，鎂(Mg)0.04 ?0.08%，鈰(Ce)0.02 ?0.05%，余量為鐵(Fe)。
[0005]上述高阻尼高性能合金氣缸套的制備工藝:
第一步，準確稱取各原料，采用水冷金屬型離心鑄造法生產氣缸套毛坯;采用水冷金屬型離心鑄造法生產該氣缸套毛坯時，熔煉溫度1450?1500 °C，熔煉好的鐵液靜置15分鐘，鐵液出爐前加入占爐中鐵液總質量0.5%-1%的冶金碳化硅(其碳含量30%，硅含量70%);采用單工位離心澆注機進行澆注:將靜置后的鐵液先倒入大澆包(堤壩式澆包)澆包底部由下往上依次放有球化劑、一次孕育劑，并用草木灰進行覆蓋;然后轉入澆火勺中進行澆注，同時進行二次孕育(勺底孕育)，澆鑄溫度1450°C_1490°C，轉速1600-1800轉/分，一次孕育劑為75SiFe孕育劑(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度l-2mm，加入量為爐中鐵液總質量的1.0%-1.5%;球化劑為FeSiMg6RE2(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度2-3mm，加入量為爐中鐵液總質量的0.5-0.7%; 二次孕育劑為硅鍶孕育劑(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，采用包底孕育方式加入，粒度0.4-0.5mm，加入量為每只缸套毛坯重量的量0.3-0.5%，通過單工位離心澆注機進行澆注得本專利缸套毛坯，經檢驗毛坯金相，在視場直徑為70mm時觀察到的球狀石墨數量大于200個(一般球鐵球狀石墨數量為100個左右，經研究石墨球數量大大增多后，可以提高球墨鑄鐵的阻尼性能)，球徑為10到30微米，且均勻分布，基體組織為30%-40%鐵素體+60%-70%珠光體+銅錳復合析出物顆粒+少量富銅相。
[0006]第二步，毛坯加工成半成品后，使用硝酸酒精溶液+超聲波進行處理，處理后的缸套立即使用酒精進行清洗并采用常溫吹風至酒精完全揮發(fā):即氣缸套半成品在8_10v%的硝酸酒精溶液(其中硝酸的濃度為65wt%，酒精為無水乙醇，純度>99%)中進行超聲波處理，所使用超聲波頻率30KHz，處理時間I小時，使缸套外表面裸露石墨全部脫落形成無石墨分布的粗糙金屬表層，即外表面裸露石墨全部脫落形成10-30微米的圓形凹坑(這些凹坑對表面鋅鋁合金涂層有一定的鎖緊作用，并能增加涂層與缸套本體之間的換熱面積加快導熱)，處理后的缸套立即使用酒精進行清洗并采用常溫吹風至酒精完全揮發(fā)，處理后進行200°C3小時去氫熱處理。
[0007]第三步，所述的氣缸套半成品預熱至50°C后外壁表面進行表面熱噴涂鋅鋁高阻尼合金涂層，噴涂層厚0.3-lmm，結合強度大于60MPa，鋅鋁合金中，鋅含量60%_70%，鋁含量30%-40%。
[0008]第四步，所述的氣缸套半成品內孔采用Ero高頻淬火機床進行高頻淬火處理，功率48KHz，高頻淬火機床的感應圈移動速度400-500mm/s，氣缸套自轉速度100-200 mm/s ；高頻淬火后進行180°C3小時低溫回火處理;精加工內孔后珩磨網紋即得所述高阻尼高性能合金氣缸套。成品缸套磨損面硬度40?50HRC，成品內壁淬火層厚度0.2-0.5mm，基體組織為馬氏體+銅錳復合析出物顆粒Mn2Cu(經研究該銅錳復合析出物合金具有高的阻尼性能，即其為一種自生的鑲嵌式阻尼合金)+富銅殘余奧氏體(經研究這些納米級的富銅相具有良好的抗磨、減磨性能、抗極壓性能，還可以在磨損過程中通過形成新的補償層來彌補磨損，即具有一定的自修復功能)，成品非淬火層基體組織為30%-40%鐵素體+60%-70%珠光體+銅錳復合析出物顆粒Mn2Cu+少量富銅相，抗拉強度> 600Mpa，延伸率> 3%。
[0009]與現有一般灰鑄鐵及球墨鑄鐵氣缸套相比，通過本發(fā)明的配方和生產工藝獲得的球墨鑄鐵氣缸套具有高的阻尼特性，即可以有效地降低發(fā)動機氣缸套的振動及噪音，且內壁磨損面具有良好的耐磨性及減磨性，外壁具有強度高、塑性好，且具有良好的抗腐蝕及抗穴蝕性能，與活塞磨合期短等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明氣缸套成品非淬火層處的金相照片。
[0011]由圖1可見，本發(fā)明氣缸套非淬火層處，基體組織為30%-40%鐵素體+60%-70%珠光體+銅猛復合析出物顆粒+少量富銅相。
[0012]圖2是本發(fā)明氣缸套成品內壁磨損面(淬火層)處的金相照片。
[0013]由圖2可見，本發(fā)明氣缸套淬火層處，基體組織為馬氏體+銅錳復合析出物顆粒Mn2Cu+富銅殘余奧氏體。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0015]實施例1
一種高阻尼高性能合金鑄鐵氣缸套，包括氣缸套本體及噴涂于氣缸套本體外壁上的鋅鋁高阻尼合金涂層，鋅鋁合金層厚為0.3-1111111，鋅鋁合金中鋅含量60-7(^^%，鋁含量30-40wt%;所述氣缸套本體材料的化學組成按如下重量百分比計(％): C: 3.45,S1:3.15,P:0.018,S:0.008,Cu: 3.2，Mn:1.51，N1:0.49，Mg: 0.07,Ce: 0.035，余量為鐵。
[0016]上述高阻尼高性能合金鑄鐵氣缸套的制備工藝，包括以下步驟:
步驟1、按上述的高阻尼高性能合金氣缸套的成分重量百分比進行配料，采用水冷金屬型離心鑄造法生產該氣缸套毛坯，熔煉溫度1450?15000C，熔煉好的鐵液靜置15分鐘，鐵液出爐前加入占爐中鐵液總質量0.5%-1%的冶金碳化硅，采用單工位離心澆注機進行澆注:將靜置后的鐵液先倒入大澆包(堤壩式澆包)澆包底部從下往上依次放有球化劑、一次孕育劑75SiFe，并用草木灰進行覆蓋;然后轉入澆火勺中進行澆注，同時進行二次孕育(勺底孕育)，澆鑄溫度1450 0C-1490 0C，轉速1600-1800轉/分，來水25秒，激水65秒，還原100秒;一次孕育劑為75SiFe孕育劑(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度l-2mm，加入量為鐵液總質量的1.3%，球化劑為FeSiMg6RE2(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度2-3mm，球化劑加入量為鐵液總質量的0.5%，二次孕育使用硅鍶孕育劑(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度0.4-0.5mm，采用包底加入，加入量為每只缸套毛坯重量的0.3%，出缸溫度大于850 °C，出缸后噴霧快冷至300°C，最后空冷至室溫即得氣缸套毛坯。經檢驗毛坯金相，在視場直徑為70mm時觀察到的球狀石墨數量大于200個，球徑為10到30微米，且均勻分布，基體組織為30%-40%鐵素體+60%-70%珠光體+銅錳復合析出物顆粒+少量富銅相。
[0017]步驟2、氣缸套毛坯機加工成半成品后，氣缸套半成品在8-1(^%的硝酸酒精溶液(其中硝酸的濃度為65wt%，酒精為無水乙醇，純度>99%)中進行超聲波處理，所使用超聲波頻率30KHz，處理時間I小時，使缸套外表面裸露石墨全部脫落形成無石墨分布的金屬表層，處理后的缸套立即使用酒精進行清洗并采用常溫吹風至酒精完全揮發(fā)，處理后進行200°C3小時去氫熱處理。
[0018]步驟3、所述的氣缸套半成品預熱至50°C后外壁表面進行熱噴涂鋅鋁合金，噴涂層厚0.3-lmm，結合強度大于60MPa，鋅鋁合金中，鋅含量60%_70%，鋁含量30%_40%。
[0019]步驟4、所述的氣缸套半成品內孔采用Ero高頻淬火機床進行高頻淬火處理，功率48KHz，高頻淬火機床的感應圈移動速度400mm/s，氣缸套自轉速度200 mm/s;高頻淬火后進行180°C3小時低溫回火處理;精加工內孔后珩磨網紋即得所述高阻尼高性能合金氣缸套成品。成品缸套磨損面硬度50HRC，氣缸套成品內壁磨損面淬火層厚度0.2-0.5mm，基體組織為馬氏體+銅錳復合析出物顆粒Mn2Cu+富銅殘余奧氏體，缸套整體抗拉強度>600MPa，延伸率>3%。
[0020]實施例2
一種高阻尼高性能合金鑄鐵氣缸套，包括氣缸套本體及噴涂于氣缸套本體外壁上的鋅鋁高阻尼合金涂層，鋅鋁合金層厚為0.3-lmm，鋅鋁合金中鋅含量60-70Wt%，鋁含量30-40Wt%;所述氣缸套本體材料的化學組成按如下重量百分比計(％):
C:3.29,Si:2.96,P:0.016,S:0.007,Cu:3.5,Mn:1.61,N1:0.55,Mg:0.079,Ce:0.03,^
量為鐵。
[0021]上述高阻尼高性能合金鑄鐵氣缸套的制備工藝，包括以下步驟:
步驟1、按上述成分重量百分比進行配料，采用水冷金屬型離心鑄造法生產該氣缸套毛坯，熔煉溫度1450?1500 °C，熔煉好的鐵液靜置15分鐘，鐵液出爐前加入占爐中鐵液總質量0.5%-1%的冶金碳化硅，采用單工位離心澆注機進行澆注:將靜置后的鐵液先倒入大澆包(堤壩式澆包)澆包底部從下至上依次放有球化劑、一次孕育劑75SiFe孕育劑，并用草木灰進行覆蓋;然后轉入澆火勺中進行澆注，同時進行二次孕育(勺底孕育)，澆鑄溫度1450°C_1490°C，轉速1600-1800轉/分，來水25秒，激水65秒，還原100秒;一次孕育劑為75SiFe孕育劑(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度加入量為鐵液總質量的1.3%，球化劑為FeSiMg6RE2(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度2-3mm，球化劑加入量鐵液總質量的
0.7%，二次孕育使用硅鍶孕育劑(購自寧夏鑄峰特殊合金有限公司)，粒度0.4-0.5mm，采用包底加入，加入量為每只缸套毛坯重量的0.5%，出缸溫度大于850°C，出缸后噴霧快冷至300°C，最后空冷至室溫即得氣缸套毛坯。經檢驗毛坯金相，在視場直徑為70_時觀察到的球狀石墨數量大于200個，球徑為10到30微米，且均勻分布，基體組織為30%-40%鐵素體+60%-70%珠光體+銅猛復合析出物顆粒+少量富銅相。
[0022]步驟2、氣缸套毛坯機加工成半成品后，氣缸套半成品在8_1(^%的硝酸酒精溶液(其中硝酸的濃度為65wt%，酒精為無水乙醇，純度>99%)中進行超聲波處理，所使用超聲波頻率30KHz，處理時間I小時，使缸套外表面裸露石墨全部脫落形成無石墨分布的金屬表層，處理后的缸套立即使用酒精進行清洗并采用常溫吹風至酒精完全揮發(fā)，處理后進行200°C3小時去氫處理。
[0023]步驟3、所述的氣缸套半成品預熱至50°C后外壁表面進行熱噴涂鋅鋁合金，噴涂層厚0.3-lmm，結合強度大于60MPa，鋅鋁合金中，鋅含量60%_70%，鋁含量30%_40%。
[0024]步驟4、所述的氣缸套半成品內孔采用ΕΠ)高頻淬火機床進行高頻淬火處理，功率48KHz，高頻淬火機床的感應圈移動速度500mm/s，氣缸套自轉速度100 mm/s，高頻淬火后進行180°C3小時低溫回火處理;精加工內孔后珩磨網紋即得所述高阻尼高性能合金氣缸套，該氣缸套成品磨損面硬度41HRC;氣缸套成品內壁磨損面淬火層厚度0.41mm，基體組織為馬氏體+銅錳復合析出物顆粒Mn2Cu+富銅殘余奧氏體，整體抗拉強度>600MPa，延伸率>3%。
【主權項】
1.一種高阻尼高性能合金氣缸套，其特征在于，包括氣缸套本體及噴涂于氣缸套本體外壁上的鋅鋁合金涂層，鋅鋁合金涂層厚為0.3-lmm，鋅鋁合金中鋅含量60-70wt%，鋁含量30-40wt%；以重量百分比計，氣缸套本體化學組成為??碳3.2?3.5%，硅2.8?3.3%，O〈磷〈0.02%，0〈硫〈0.01%，銅 3.0?4.0%，錳 1.5?2.0%，鎳0.4?0.6%，鎂 0.04?0.08%，鈰0.02?0.05%，余量為鐵。2.權利要求1所述的高阻尼高性能合金氣缸套的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟: (1)準確稱取各原料，采用水冷金屬型離心鑄造法生產氣缸套毛坯； (2)毛坯加工成半成品后，在硝酸酒精溶液中進行超聲波處理，超聲波處理結束后清洗吹干，進行200 °C 3小時去氫熱處理； (3)氣缸套半成品預熱至50°C后外表面噴涂鋅鋁合金； (4)進行內孔高頻淬火處理，高頻淬火后進行180°C3小時低溫回火處理;精加工內孔后珩磨網紋即得所述高阻尼高性能合金氣缸套。3.根據權利要求2所述的高阻尼高性能合金氣缸套的制備工藝，其特征在于，所述步驟(1)中采用水冷金屬型離心鑄造法生產該氣缸套毛坯時，熔煉溫度1450?1500°C，熔煉好的鐵液靜置15分鐘，鐵液出爐前加入占爐中鐵液總質量0.5%-1%的冶金碳化硅;采用單工位離心澆注機進行澆注:將靜置后的鐵液先倒入大澆包進行一次孕育及球化處理;然后轉入澆火勺中進行澆注，同時進行二次孕育，一次孕育劑采用75硅鐵孕育劑，且75硅鐵孕育劑加入量為爐中鐵液總質量的1.0%-1.5%，球化劑為FeSiMg6RE2，球化劑加入量為爐中鐵液總質量的0.5%-0.7%，二次孕育使用硅鍶孕育劑，且硅鍶孕育劑加入量為每只缸套毛坯重量的0.3%-0.5%ο4.根據權利要求2所述的高阻尼高性能合金氣缸套的制備工藝，其特征在于，所述步驟(2)中在硝酸酒精溶液中進行超聲處理是指在8-1(^%的硝酸酒精溶液中進行超聲波處理，超聲波頻率為30KHz，處理時間I小時。5.根據權利要求2所述的高阻尼高性能合金氣缸套的制備工藝，其特征在于，所述步驟(3)中噴涂后，鋅鋁合金層與氣缸套結合強度大于60MPa。6.根據權利要求2所述的高阻尼高性能合金氣缸套的制備工藝，其特征在于，所述步驟(4)中氣缸套內孔采用EFD高頻淬火機床進行高頻淬火處理，功率48KHz，高頻淬火機床的感應圈移動速度400-500mm/s，氣缸套自轉速度100-200 mm/s。
【文檔編號】C22C37/10GK105821294SQ201610185163
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】張亮亮, 鄒悟會, 高廣東, 劉棟, 賈慶龍
【申請人】中原內配集團股份有限公司