一种合金铸铁缸套铸造方法技术

本发明专利技术提供一种合金铸铁缸套铸造方法，包括造型制芯、制覆膜砂芯、下芯合箱、冶金熔炼、孕育浇注以及后处理工序。本发明专利技术通过合理的成分设计，采用碳化硅预处理、倒包随流、浇注随流的强化孕育措施，高温熔炼镇静等措施获得了一种A型石墨＞95%，石墨等级为4‑5级，珠光体含量＞95%,抗拉强度＞300Mpa，本体硬度为HB210‑270的一种优质的合金铸铁材料，提高了缸套的使用寿命。

Casting method of alloy cast iron cylinder sleeve

The invention provides an alloy cast iron cylinder liner casting method, which comprises molding core making, coating sand core making, lower core closing box, metallurgical smelting, inoculation pouring and post-treatment process. The invention obtains a high-quality combination of A-type graphite > 95%, graphite grade 4 5, pearlite content > 95%, tensile strength > 300Mpa and body hardness HB210_270 by adopting reasonable composition design, strengthening inoculation measures of silicon carbide pretreatment, inverted package with flow, pouring with flow, high temperature melting and sedation, etc. The gold cast iron material improves the service life of the cylinder liner.

【技术实现步骤摘要】
一种合金铸铁缸套铸造方法
本专利技术涉及一种缸套铸造方法，尤其是一种合金铸铁缸套铸造方法，属于金属铸造

技术介绍
缸套作为发动机的核心部件，工作中承受高温、高压、高负荷，工况十分恶劣，故其性能的优劣至关重要。由于缸套结构复杂，致密度要求极高，其不同部位的微观组织结构、石墨形态、石墨尺寸以及力学性能也均有着十分严格的要求，因此铸造难度很大。长期以来广为采用的离心铸造虽具有组织致密、工效高的特点，十分适合作为规则回转体的气缸套毛坯浇注，但实践中容易产生以下问题:(1)离心铸造过程中存在大量的过冷石墨，容易形成D型、E型石墨——在100倍显微镜下检查可以发现存在大量游离渗碳体，使缸套抗震性差。其主要原因是离心铸造的金属型外模加快了铁液的冷却凝固速度，导致产生大量过冷石墨和游离渗碳体。而高性能合金铸铁气缸套既要有高强度和硬度，同时还应具有良好好的切削性能和配副性能，其材料组织的理想结构是均匀分布、形态适中的A型石墨，基体以细片状珠光体为佳，之间的碳化物越少越好。(2)离心铸造过程中内表面在高速旋转状态中直接与空气接触，气流速度大、金属外型冷却快使得铸件趋向于逐步向内侧凝固，导致内侧最后凝固部位容易出现缩松；并且复杂缸套成形过程中，扫气口处由于壁厚相较厚，凝固过程中存在较大的热节，在得不到充分补缩的情况下，更容易出现缩松。(3)离心铸造过程中铁水冷却过快，熔炼、孕育、浇注过程中产生的熔渣、气体来不及排出，容易残留在铸件内形成气孔、夹渣；甚至有可能在离心铸造过程中产生成分偏析，导致铸件组织不均匀而报废。总之，离心铸造适于结构较为简单的缸套铸件大批量高效率生产，却由于存在上述问题，并不适用复杂结构的缸套生产。另外，复杂结构缸套通常设置扫气口以及Φ8mm左右的通水孔，此类不能通过机加工获得的特殊孔结构，无法通过离心铸造成型，也不能满足此处的补缩要求。经检索发现，中国专利申请号为200910233085.7的中国专利公开了合金铸铁铸造气缸套工艺，其离心铸造仅适用于结构简单的回转体，而用于诸如具有18个直径7.9mm成型孔的气缸盖铸造必然遇到技术瓶颈。此外公开号为CN101698219A，公开一种负压实型气缸套铸造方法，该申请虽然都属于缸套的铸造及生产领域，但是通过对比可以看出，该申请采用实型铸造，高温铁水融化泡沫模样，在负压下气体排出，从而获得所需的缸套铸件，泥芯的制作采用的是泡沫塑料模样和干砂作为铸件成形面，该工艺方法对缸套成形的关键要点描述不够准确，对特殊结构的缸体无法完成铸造。申请号为201080001293.5的中国专利申请公开了用于汽缸盖的铸铁合金，该具有片状石墨的铸铁合金包含如下添加剂:2.80重量%-3.60重量%碳(C),1.00重量%-1.70重量%硅(Si),0.10重量%-1.20重量%锰(Mn),0.03重量%-0.15重量%硫(S),0.05重量%-0.30重量%铬(Cr),0.05重量%-0.30重量%钼(Mo),0.05重量%-0.20重量%锡(Sn)和一般杂质。其化学成分中未含铜、钼含量较低，且未提及生产过程中熔炼、孕育等重要环节过程控制，因此无法控制石墨形态及石墨尺寸，难以得到高品质的合金铸铁。
技术实现思路
本专利技术针对上述提出的技术问题，提出一种合金铸铁缸套铸造方法，通过对铸造工艺的改进，可妥善解决复杂结构合金铸铁缸套铸造瓶颈问题，获得组织致密，微观结构、石墨形态和综合性能优异的合金缸套。本专利技术解决以上技术问题的技术方案是:提供一种合金铸铁缸套铸造方法包括以下步骤:⑴造型制芯:采用呋喃树脂砂通过上箱胎模、中箱胎模和下箱胎模分别制作上、中、下三箱结构的箱体的外模；采用呋喃树脂砂通过上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具分三段制作主体芯；⑵制覆膜砂芯:采用覆膜砂制作侧冒口芯、底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯，由从下至上依次叠加固定所述底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯，在所述底芯、通水孔芯以及花瓣芯的侧面预设侧冒口，所述侧冒口上固定设置所述侧冒口芯，由多层泥芯构成缸套外轮廓覆膜砂芯；⑶下芯合箱:将制好的缸套外轮廓覆膜砂芯落入所述构造箱体的外模，再将主体芯放入所述覆膜砂芯中并加以固定，完成合箱；⑷冶金熔炼:将质量百分比为C:2.7-3.5%，Si:1.7-2.5%，Mn:0.3-0.8%；S:0.06-0.11%,Mo:0.3-0.6%，Cu:0.4-1.0%；Ni:0.5-1.2%，Cr:0.2-0.5%，Sn:0.02-0.05%，余量为铁和不可避免的杂质，所有组分熔化后继续升温至1540-1580℃熔炼，待铁水镇静、熔清，降温至1480-1540℃出铁；⑸孕育浇注:将熔炼的铁水倒入中转包，随后转倒至浇注包，转倒过程中采用粒度为1-7mm的孕育剂进行随流孕育，孕育剂添加量占铁水总量中的质量百分比为4-8%；之后将铁水温度控制在1340-1400℃向主体芯的浇注口进行浇注，浇注过程中采用粒度为0.2-0.7mm的孕育剂进行随流孕育，孕育剂添加量铁水总量中的质量百分比为0.5-1.2%；⑹后处理:将浇注好的铸件放置8h后开箱、清理，去应力退火。本专利技术的进一步限定技术方案，前述的合金铸铁缸套铸造方法，所述覆膜砂选用常温强度3.0-4.0Mpa、粒度指数AFS60-66、发气量<15ml/g、SiO2含量大于98%的高强度低发气量的覆膜砂。前述的合金铸铁缸套铸造方法，所述步骤（4）冶金熔炼，采用中频感应电炉熔炼，炉料加入主要顺序为先加废钢，再加回炉料，待回炉料熔化后加4-10%的碳化硅进行预处理，之后再加生铁，待主要原材料熔化后依次加入剩余合金；待铁水温度达到1540-1580℃熔炼炉断电，铁水镇静、熔清，降温至1480-1540℃出铁。前述的合金铸铁缸套铸造方法，所述外模的上箱设置在铸造件顶部成型位置，在上箱内通过上箱胎膜预留出发热冒口和排气片，所述下箱和中箱通过下箱胎模和中箱胎模在对应的箱体内预留出容纳所述覆膜砂芯的空腔；所述主体芯采用上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具分三段制成，所述上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具均为两片模具组装构成，在所述主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具内具有分别对应所述主体芯外形的制芯空腔，在制芯空腔内设有浇筑导流孔以及三层阶梯式浇注入口的胎模，三层阶梯式浇注入口分别设置在铸件底部、缸套扫气口上方热节处以及缸套扫气口下方热节处。前述的合金铸铁缸套铸造方法，所述上箱胎模由上箱底板以及竖直设置在上箱底板上的浇筑模芯、上箱发热冒口芯和排气片芯构成，所述浇筑模芯竖直设置在上箱底板的中心，所述上箱发热冒口芯和排气片芯对称分布在浇筑模芯的两侧；所述中箱上箱胎模包括中箱底板、中箱模芯以及上箱发热冒口芯，所述中箱模芯设置在所述中箱底板上，所述中箱模芯的外形与所述上花瓣芯以和顶芯的外形匹配，所述上箱发热冒口芯竖直设置在所述中箱模芯两侧的中箱底板上；所述下箱胎模包括下箱底板、下箱模芯以及下箱发热冒口芯，所述下箱模芯竖直设置在所述下箱底板上，所述下箱模芯的外轮廓与所述底层芯、通水孔芯、花瓣芯以及通水孔叠加构成的外形匹配，所述下箱发热冒口芯竖直设置在所述下箱模芯两侧的下箱底板上。前述的合金铸铁缸套铸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合金铸铁缸套铸造方法，其特征在于包括以下步骤：⑴造型制芯:采用呋喃树脂砂通过上箱胎模、中箱胎模和下箱胎模分别制作上、中、下三箱结构的箱体的外模；采用呋喃树脂砂通过上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具分三段制作主体芯；⑵制覆膜砂芯:采用覆膜砂制作侧冒口芯、底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯，由从下至上依次叠加固定所述底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯，在所述底芯、通水孔芯以及花瓣芯的侧面预设侧冒口，所述侧冒口上固定设置所述侧冒口芯，由多层泥芯构成缸套外轮廓覆膜砂芯；⑶下芯合箱:将制好的缸套外轮廓覆膜砂芯落入所述构造箱体的外模，再将主体芯放入所述覆膜砂芯中并加以固定，完成合箱；⑷冶金熔炼:将质量百分比为C:2.7‑3.5%，Si:1.7‑2.5%，Mn:0.3‑0.8%；S:0.06‑0.11%,Mo:0.3‑0.6%，Cu:0.4‑1.0%；Ni:0.5‑1.2%，Cr:0.2‑0.5%，Sn:0.02‑0.05%，余量为铁和不可避免的杂质，所有组分熔化后继续升温至1540‑1580℃熔炼，待铁水镇静、熔清，降温至1480‑1540℃出铁；⑸孕育浇注:将熔炼的铁水倒入中转包，随后转倒至浇注包，转倒过程中采用粒度为1‑7mm的孕育剂进行随流孕育，孕育剂添加量占铁水总量中的质量百分比为4‑8%；之后将铁水温度控制在1340‑1400℃向主体芯的浇注口向主体芯的浇注口进行浇注，浇注过程中采用粒度为0.2‑0.7mm的孕育剂进行随流孕育，孕育剂添加量铁水总量中的质量百分比为0.5‑1.2%；⑹后处理:将浇注好的铸件放置8h后开箱、清理，去应力退火。...

【技术特征摘要】
1.一种合金铸铁缸套铸造方法，其特征在于包括以下步骤：⑴造型制芯:采用呋喃树脂砂通过上箱胎模、中箱胎模和下箱胎模分别制作上、中、下三箱结构的箱体的外模；采用呋喃树脂砂通过上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具分三段制作主体芯；⑵制覆膜砂芯:采用覆膜砂制作侧冒口芯、底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯，由从下至上依次叠加固定所述底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯，在所述底芯、通水孔芯以及花瓣芯的侧面预设侧冒口，所述侧冒口上固定设置所述侧冒口芯，由多层泥芯构成缸套外轮廓覆膜砂芯；⑶下芯合箱:将制好的缸套外轮廓覆膜砂芯落入所述构造箱体的外模，再将主体芯放入所述覆膜砂芯中并加以固定，完成合箱；⑷冶金熔炼:将质量百分比为C:2.7-3.5%，Si:1.7-2.5%，Mn:0.3-0.8%；S:0.06-0.11%,Mo:0.3-0.6%，Cu:0.4-1.0%；Ni:0.5-1.2%，Cr:0.2-0.5%，Sn:0.02-0.05%，余量为铁和不可避免的杂质，所有组分熔化后继续升温至1540-1580℃熔炼，待铁水镇静、熔清，降温至1480-1540℃出铁；⑸孕育浇注:将熔炼的铁水倒入中转包，随后转倒至浇注包，转倒过程中采用粒度为1-7mm的孕育剂进行随流孕育，孕育剂添加量占铁水总量中的质量百分比为4-8%；之后将铁水温度控制在1340-1400℃向主体芯的浇注口向主体芯的浇注口进行浇注，浇注过程中采用粒度为0.2-0.7mm的孕育剂进行随流孕育，孕育剂添加量铁水总量中的质量百分比为0.5-1.2%；⑹后处理:将浇注好的铸件放置8h后开箱、清理，去应力退火。2.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造方法，其特征在于：所述覆膜砂选用常温强度3.0-4.0Mpa、粒度指数AFS60-66、发气量<15ml/g、SiO2含量大于98%的高强度低发气量的覆膜砂。3.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造方法，其特征在于：所述步骤（4）冶金熔炼，采用中频感应电炉熔炼，炉料加入主要顺序为先加废钢，再加回炉料，待回炉料熔化后加4-10%的碳化硅进行预处理，之后再加生铁，待主要原材料熔化后依次加入剩余合金；待铁水温度达到1540-1580℃熔炼炉断电，铁水镇静、熔清，降温至1480-1540℃出铁。4.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造方法，其特征在于：所述外模的上箱设置在铸造件顶部成型位置，在上箱内通过上箱胎膜预留出发热冒口和排气片，所述下箱和中箱通过下箱胎模和中箱胎模在对应的箱体内预留出容纳所述覆膜砂芯的空腔；所述上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具均采用两片模具组装构成，在所述主体芯模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志刚，朱正锋，吴凯，都亚军，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，常州朗锐铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32