[發明專利]一種離心鑄造含稀土發動機氣門座圈及其制造方法

有效

• 申請號: 200910144741.6
• 申請日: 2009-08-31
• 公開（公告）號: CN101639003A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 戴澤玉;戴平安;袁春
• 申請（專利權）人: 桐城市汽車部件有限公司
• 主分類號: F01L3/02
• 分類號: F01L3/02;C22C38/60;C22C38/38;C22C38/36;C22C38/34;C22C38/22;C22C33/06;B22D13/00;B22C3/00;C21D6/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及離心鑄造領域，具體是一種離心鑄造含稀土發動機氣門座圈及其制造方法。

背景技術

氣門與氣門座是發動機的重要零件，也是發動機的四大摩擦副之一。氣門座的功能是控制燃氣的進入、廢氣的排出；承受高溫環境受氣門的沖擊、磨損；以及進、排氣流的沖蝕、氧化等作用，工作條件極其惡劣。氣門座是發動機易損零件之一，其正常失效形式為磨損嚴重時氣門下沉量過大、氣密性差，其質量和性能直接影響了發動機的油耗、功率、效率、使用壽命。氣門座材料的選用主要與發動機的工況、大小、冷卻方式、燃料等有關，常用的氣門座材料包括鑄造合金、粉末冶金和鍛鋼制品三類，其中合金鑄鐵是傳統的氣門座材料。國內外發動機氣門座鑄件的生產工藝一般采用中頻爐熔煉、砂型單片鑄造、蠟模鑄造或精密鑄造等，但是都不同程度的存在著工藝復雜、生產效率低、廢品率高、成本高、力學性能不均勻等缺點。

離心鑄造是將一定量的金屬溶液澆入旋轉的鑄型中，使金屬液在離心力和重力的共同作用下凝固成型的一種特種鑄造工藝方法，離心鑄造工藝獲得的鑄件具有組織致密、晶粒細化、夾砂夾渣及氣孔等缺陷少、生產效率高、節約材料、降低成本、力學性能高等優點。離心鑄造在生產管狀、筒狀鑄件時可不用型芯，尤其適宜制作薄壁筒狀鑄件，是鑄鐵管、汽缸套、銅套、雙金屬軸承等鑄件主要的生產方法之一。

發明專利申請1(公開號CN?101358548A)公開了一種汽車發動機氣門座及其工藝流程，其化學成份(質量百分比，％)為：C1.0-1.3，Si0.8-1.5，Mn0.5-1.0，Cr7.0-7.5，Mo1.8-2.2，V2.0-2.3，余量為Fe。工藝制備路線是：配料→造型→熔煉→熱處理→機加工→檢驗→入庫。該氣門座最佳金相組織是在回火索氏體的基礎上，均勻分布著彌散細小的碳化物顆粒。熱穩定性能好，工作溫度可達900℃，適宜于升功率達到45kw/L以上的高速高負荷發動機；硬度達38-44HRC，單件產品硬度差小于3個HRC；與同類材料相比，合金元素總量最低，降低了生產成本；抗拉強度提高15％，屈服強度提高10％；通過了1200小時高速高負荷發動機臺架耐久試驗，同時氣門座腐蝕磨損和機械磨損總和僅為0.5mm。發明專利申請2(公開號CN?101225758A)公開了一種汽車發動機氣門座及其制造工藝，該氣門座的成份(質量百分比，％)包含Cr33-35％，Mo2.0-2.5％，C1.8-2.3％，Si1.8-2.1％，Ni＜0.5％，Mn＜1％，余量為Fe。制造工藝包括用失蠟鑄造工藝制作易熔模及制備模殼，模殼700-950℃下焙燒0.5-3小時；在中頻熔煉爐中熔煉合金并澆注鑄件，其熔煉溫度為1400-1800℃，澆注溫度為1300-1700℃，加入量為小于0.1％(重量％)的鈦鐵和微量鋁粉作為變質劑來細化晶粒；然后將鑄件在箱式電阻爐中進行正火處理，正火溫度900-1000℃，保溫時間100-200分鐘，冷卻方式為空冷；經過粗車平面、內外圓，精磨平面，精車內孔，精磨外圓金加工得到成品氣門座。該氣門座疏松傾向小，鑄件合格率較高，大大降低了生產成本；致密性好，硬度適中，一般在37-45HRC；氣門座金相組織為鐵素體基體上均勻分布的碳化鉻質點，具有耐熱、耐磨、耐蝕、線膨脹細數小等優良性能，適用于中、大馬力汽車發動機。發明專利申請3(公開號CN?1487175A)公開了一種摩托車、助力車用燃氣發動機專用氣門座的制造方法，其化學成分(質量百分比，％)為C1.4-2.0，Si1.5-2.4，Mn0.5-0.9，Cr16-23，Mo3.0-4.2，Ni1.2-1.6，B0.5-1.4，V0.5-0.9，余量為Fe。以常用的混砂、造型、熔煉、澆注、落砂等工序鑄造氣門座毛坯，熔煉時主要原料為：鑄造用生鐵、鉻鐵、鉬鐵、硼鐵、釩鐵、鎳塊、錳鐵。按氣門座常用熱處理方法進行，正火溫度950-1050℃，保溫5-7小時，空冷；回火溫度300-350℃，保溫2-3小時，空冷。機加工程序為：去外圓毛刺、平端面、磨端面、精車外圓、粗磨外圓、倒外角、車內孔、精磨外圓。該氣門座熱硬度和耐腐蝕能力明顯提高，經過200小時臺架實驗和16000Km道路實驗，使用液化石油氣為燃料，驗證無腐蝕現象發生，滿足了摩托車的使用要求。發明專利申請4(公開號CN1064425A)公開了一種低合金鑄鐵氣缸套離心鑄造方法及設備，金屬離心鑄型預熱溫度為250-300℃，合金鑄鐵熔煉溫度為1520-1540℃；靜置3分鐘后出爐，澆注溫度1400-1320℃，工作溫度120-250℃，金屬離心鑄型轉速為630r/min，提高了鑄件成品率，簡化了工藝過程，凈化了作業環境，減輕了勞動強度。發明專利申請5(公開號CN?1241644A)公開了一種離心鑄造多元合金鑄鐵復合抗磨輥圈生產工藝，復合輥圈外層為含氮多元合金抗磨鑄鐵，內層為高強度普通球墨鑄鐵。采用離心鑄造工藝，開澆時模溫為200-250℃，多元合金鑄鐵的開澆溫度為1500-1430℃，澆入約2/3后加入保護渣。澆完全部多元合金鑄鐵，并待其表面溫度冷卻到850-1000℃后澆入普通球墨鑄鐵。球墨鑄鐵的開澆溫度為1300-1400℃。所得復合輥圈具有抗磨性能好、內應力小、使用壽命高、成本低等優點。發明專利申請6(公開號CN?1080666A)公開了一種適用于矯直輥、軋輥等用低碳高鉻鑄鐵材料，其具有良好的鑄造、機加工性能和焊接性能，使用壽命高于冷硬鑄鐵材料和鍛鋼淬火材料，可采用整體鑄造，鑲嵌復合鑄造、離心鑄造等方法制造。文獻1(內燃機配件，2004，(2)：21)改進了高鉻合金氣門座的單體砂型鑄造工藝，適當提高碳的含量，有效地提高了鐵水的流動性，減少了鑄件縮孔(松)，提高了鑄件的正品率。同時提高了鑄件的硬度和耐磨性，降低了出鐵水溫度和澆注溫度，減少了能耗。文獻2(現代鑄鐵，2003，(4)：16)選用高碳當量(CE)、高硅、錳及鉻銅合金鑄鐵，用金屬型離心鑄造生產的內燃機氣門座，鐵液出爐溫度1400-1450℃，澆注溫度1400-1350℃，金屬離心鑄型轉速為900-1000r/min。組織為為珠光體或索氏體基體上均勻分布的細膩的B、D型石墨，以及合金碳化物。氣門座的的硬度為41-42HRC，每片硬度差小于3HRC。鑄造廢品率穩定在3-8％之內，并具有加工性能好，成本低，使用壽命與QZ3高鉻合金鑄鐵氣門座相當。