一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种铸造工艺，具体为一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺。解决现有技术中存在的很难提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的问题，按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动电炉熔化电炉中的原料。调整成分，铁水出炉前在铁水包包底加入硅铁，经过孕育后在1410~1430℃浇注，铁水流入铸型过程中，随流孕育管将硅锆锰孕育剂，件浇注后在型内保温3.5~4小时打箱，打箱后，铸件空冷至室温。本发明专利技术的工艺方案是通过控制铁水中碳、硅和氮元素的含量在一定范围并使浇注后的铸件在型内保温一定时间后打箱，使铸件空冷至室温。该工艺适用于各种灰铸铁发动机缸盖。

A Process for Improving Tensile and Compressive Fatigue Strength of Gray Iron Engine Cylinder Head at Room Temperature

【技术实现步骤摘要】
一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺
本专利技术涉及一种铸造工艺，具体为一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺。
技术介绍
近年来，随着重卡发动机向大排量、大马力方向发展，对发动机本身的材料性能方面有了更多更高的要求。发动机缸盖，是发动机的重要零部件，在工作中承受燃料燃烧产生的高温高压。所以缸盖的材料性能对于发动机的寿命来说是至关重要的。通常铸铁发动机缸盖的材料性能用抗拉强度和硬度来表征。随着主机厂对材料性能认识的提升，部分主机厂对材料的常温拉压疲劳强度提出了要求。而一般用于提高灰铁抗拉强度的工艺，并不能明显的提升常温拉压疲劳强度。采用该工艺之前，给客户供应的发动机缸盖样件在做常温拉压疲劳试验时，从样件取样位置上据下的试块加工成标准试棒，在95MPa的加载强度下，未达到107次拉压循环而出现断裂的现象。因此开发一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，满足客户对于灰铸铁发动机缸盖的高疲劳强度的要求是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的很难提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的问题，提出一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺。本项目的工艺方案是通过控制铁水中碳、硅和氮元素的含量在一定范围并使浇注后的铸件在型内保温一定时间后打箱，使铸件空冷至室温。该工艺适用于各种灰铸铁发动机缸盖。本专利技术的技术方案是，一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动电炉熔化电炉中的原料。生铁、废钢、回炉料质量比为6%：50%：44%；等电炉中的料全部化成铁水，取光谱样在光谱仪中分析铁水的化学成分，取氮气样在氮氧分析仪中分析铁水的氮含量，根据分析结果调整铁水中的化学元素含量和氮含量达到如下标准：C3.10-3.30，Si1.60-1.70，Mn0.50-0.70，P≤0.05，S0.08-0.10Cr0.20-0.30，Cu0.8-0.9，Mo0.2-0.3Ti≤0.012，Sn0.08-0.09，N80-120ppm；增碳用石墨粒的作用是向铁水中增碳，碳化硅的作用是向铁水中增碳增硅。铁水出炉前在铁水包包底加入铁水重量0.2%的硅铁（硅含量75%）孕育剂，铁水经过孕育后在1410~1430℃浇注，铁水流入铸型过程中，随流孕育管将硅锆锰（硅含量63~72%，锆含量2~4%，锰含量1~3%）孕育剂，按照20g/s的速度喷入铁水，起到孕育作用，铸件浇注后在型内保温3.5~4小时打箱，打箱后，铸件空冷至室温。现有提高灰铁抗拉强度的技术工艺，只是控制碳硅含量或控制打箱时间或两者结合起来使用，且这些工艺的技术参数各不相同。这些技术工艺虽能提高铸件的抗拉强度，但无法满足对常温拉压疲劳强度的要求（抗拉强度与疲劳强度有正相关关系，抗拉强度越高，疲劳强度也越高）。本专利技术工艺在应用上述技术工艺的基础上，创造性的结合氮元素能够固溶强化基体组织的原理，建立了一套工艺技术参数，包括：配料；成分；孕育；浇注温度；打箱时间五个方面。通过控制五个方面的参数，该工艺生产出来的铸件满足客户对于常温疲劳强度的要求，达到了设计指标。具体实施方式实施例1、一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动电炉熔化电炉中的原料。生铁、废钢、回炉料质量比为6%：50%：44%；分别为：0.6t、5t、4.4t，等电炉中的料全部化成铁水，取光谱样在光谱仪中分析铁水的化学成分，取氮气样在氮氧分析仪中分析铁水的氮含量，根据分析结果调整铁水中的化学元素百分含量和氮含量达到如下标准：C：3.23%；Si：1.63%；Mn：0.6%；P：0.027%；S：0.087%；Cr：0.27%；Cu：0.86%；Mo：0.22%；Ti：0.009%；Sn：0.085%；N含量：104ppm。增碳用石墨粒的作用是向铁水中增碳，碳化硅的作用是向铁水中增碳增硅。铁水出炉前在铁水包包底加入铁水重量0.2%的硅铁（硅含量75%）孕育剂，（铁水包内铁水重量2150kg，出炉孕育加入孕育剂重量4.3kg。）铁水经过孕育后在1421℃浇注，铁水流入铸型过程中，随流孕育管将硅锆锰（硅含量63~72%，锆含量2~4%，锰含量1~3%）孕育剂，按照20g/s的速度喷入铁水，起到孕育作用，铸件浇注后在型内保温3小时50分后开始打箱，打箱后，铸件空冷至室温。该实施例1产品用户检测数据表1：项目单位标准值实测值抗拉强度MPa≥280351疲劳强度MPa≥9595对比试验例1一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动电炉熔化电炉中的原料。生铁、废钢、回炉料质量比为6%：50%：44%；分别为：0.6t、5t、4.4t，等电炉中的料全部化成铁水，取光谱样在光谱仪中分析铁水的化学成分，取氮气样在氮氧分析仪中分析铁水的氮含量，根据分析结果调整铁水中的化学元素百分含量和氮含量达到如下标准：C：3.16%；Si：1.63%；Mn：0.6%；P：0.023%；S：0.054%；Cr：0.22%；Cu：0.83%；Mo：0.20%；Ti：0.01%；Sn：0.09%；N含量：98ppm。增碳用石墨粒的作用是向铁水中增碳，碳化硅的作用是向铁水中增碳增硅。铁水出炉前在铁水包包底加入铁水重量0.2%的硅铁（硅含量75%）孕育剂，（铁水包内铁水重量2150kg，出炉孕育加入孕育剂重量4.3kg。）铁水经过孕育后在1427℃浇注，铁水流入铸型过程中，随流孕育管将硅锆锰（硅含量63~72%，锆含量2~4%，锰含量1~3%）孕育剂，按照20g/s的速度喷入铁水，起到孕育作用，铸件浇注后在型内保温4小时30分后开始打箱，打箱后，铸件空冷至室温。铸件检测数据如表2：项目单位标准值实测值抗拉强度MPa≥280322疲劳强度MPa≥9590显然疲劳检测数据低于标准值，需要更改工艺重新生产。对比试验例2一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动电炉熔化电炉中的原料。生铁、废钢、回炉料质量比为6%：50%：44%；分别为0.6t、5t、4.4t，等电炉中的料全部化成铁水，取光谱样在光谱仪中分析铁水的化学成分，取氮气样在氮氧分析仪中分析铁水的氮含量，根据分析结果调整铁水中的化学元素百分含量和氮含量达到如下标准：C：3.19%；Si：1.65%；Mn：0.52%；P：0.024%；S：0.063%；Cr：0.27%；Cu：0.88%；Mo：0.29%；Ti：0.01%；Sn：0.083%。检测铁水N含量：67ppm。铁水出炉前在铁水包包底加入铁水重量0.2%的硅铁（硅含量75%）孕育剂，（铁水包内铁水重量2150kg，出炉孕育加入孕育剂重量4.3kg），铁水经过孕育后在1419℃浇注，铁水流入铸型过程中，随流孕育管将硅锆锰（硅含量63~72%，锆含量2~4%，锰含量1~3%）孕育剂，按照20g/s的速度喷入铁水，起到孕育作用，铸件浇注后在型内保温8小时后开始打箱，打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，其特征是按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动电炉熔化电炉中的原料，等电炉中的料全部化成铁水，取光谱样在光谱仪中分析铁水的化学成分，取氮气样在氮氧分析仪中分析铁水的氮含量，根据分析结果调整铁水中的化学元素含量和氮含量达到如下标准：C：3.10‑3.30，Si：1.60‑1.70，Mn：0.50‑0.70，P：≤0.05，S：0.08‑0.10，Cr：0.20‑0.30，Cu：0.8‑0.9，Mo：0.2‑0.3，Ti：≤0.012，Sn：0.08‑0.09，N：80‑120ppm；铁水出炉前在铁水包包底加入铁水重量0.2%的硅铁孕育剂，铁水经过孕育后在1410~1430℃浇注，铁水流入铸型过程中，随流孕育管将硅锆锰孕育剂，按照20g/s的速度喷入铁水，起到孕育作用，铸件浇注后在型内保温3.5~4小时打箱，打箱后，铸件空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，其特征是按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动电炉熔化电炉中的原料，等电炉中的料全部化成铁水，取光谱样在光谱仪中分析铁水的化学成分，取氮气样在氮氧分析仪中分析铁水的氮含量，根据分析结果调整铁水中的化学元素含量和氮含量达到如下标准：C：3.10-3.30，Si：1.60-1.70，Mn：0.50-0.70，P：≤0.05，S：0.08-0.10，Cr：0.20-0.30，Cu：0.8-0.9，Mo：0.2-0.3，Ti：≤0.012，Sn：0.08-0.09，N：80-120ppm；铁水出炉前在铁水包包底加入铁水重量0.2%的硅铁孕育剂，铁水经过孕育后在1410~1430℃浇注，铁水流入铸型过程中，随流孕育管将硅锆锰孕育剂，按照20g/s的速度喷入铁水，起到孕育作用，铸件浇注后在型内保温3.5~4小时打箱，打箱后，铸件空冷至室温。2.根据权利要求1所述的提高灰铸铁发动机缸盖常温拉压疲劳强度的工艺，其特征是按照一定的配比，在电炉中加入生铁，废钢和回炉料，并随料加入增碳用石墨粒和碳化硅，启动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张禹，
申请(专利权)人：亚新科国际铸造山西有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14