[發明專利]一種鑲鑄活塞體及其鑲鑄方法

無效

• 申請號: 201010281973.9
• 申請日: 2010-09-15
• 公開（公告）號: CN102401129A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 龔秀剛;張慧穎;俞凌霏;周細應;陶雷;張國強
• 申請（專利權）人: 上海工程機械廠有限公司
• 主分類號: F16J1/00
• 分類號: F16J1/00;F16J1/01;B22D19/08;B22D19/16;C22C37/04
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 張恒康

技術領域

本發明屬于活塞體制造領域，具體地說涉及一種鑲鑄活塞體及其鑄造方法。

背景技術

近年來，隨著海上石油平臺、海上風電場工程和跨海大橋工程等趨于大型化，對大型柴油打樁錘的施工效率要求愈來愈高，這勢必要求進一步提高柴油打樁錘上活塞的制造技術要求。作為筒式柴油打樁錘的關鍵性零件和主要沖擊做功件，柴油打樁錘的上活塞長期在高速度、高頻率與強烈沖擊條件下工作，因此，上活塞必須具有很高的強韌性和抗沖擊疲勞性，同時表面必須具有高硬度，并形成連續表面硬化層，便于柴油打樁錘的上活塞在高頻率沖擊做功過程中應力波的傳遞。此外，上活塞的沖擊工作端還必須具有高硬度與高強韌性，以使上活塞在高頻率強烈沖擊過程中不蹋陷、不崩裂。目前柴油錘上活塞已經采用Ф800以上大截面球墨鑄鐵鑄件，如果繼續增加球墨鑄鐵鑄件的直徑和長度來提高筒式柴油打樁錘的打擊能量，顯然會造成球墨鑄鐵鑄件的芯部強度和表面硬度達不到要求，而且鑄件的鑄造也超過現有熔煉設備的要求。所以，本發明提出的鑲鑄活塞體及其鑄造方法，能滿足制造大型柴油錘大截面上活塞材質的技術和性能要求。

所謂鑲鑄工藝是預先將具有良好性能的預制塊放置在型腔指定部位，然后向型腔內澆注具有特定性能的母液，通過母液強烈的熱作用，使預制塊（即鑲塊）與母液接觸的界面上在一定的時間內處于熔化狀態并發生元素的相互擴散，冷凝后，鑲塊與母材牢固的熔焊為一體。鑲鑄工藝的優點是可根據實際零部件的使用要求采用不同的形狀、厚度和材質等的預制塊，母液可根據性能要求選用與鑲塊性能相匹配材料。另外，鑲鑄工藝過程簡單，不需要增加新的設備。

20世紀90年代以來，我國材料工作者采用鑲鑄法對高鉻白口鑄鐵－碳鋼雙金屬材料進行了廣泛的研究，沈陽鑄造研究所樸東學等人采用鑲鑄工藝，獲得兼具兩種材質特性的整體復合件，滿足了零件安全、可靠和耐久要求。研究結果表明：鑲鑄工藝生產質量穩定，雙金屬結合良好，結合部位的強度均高于白口鑄鐵，抗磨部位的白口鑄鐵和非抗磨部位的鑄鋼都保持自己的性能。另外，武漢汽車工業大學姚三九等人針對采用鑲鑄工藝生產復合鑄件時研究了鑲鑄件在其結合部位產生氣孔，夾雜及裂紋等缺陷的原因，分析了固態鋼芯的直徑、形狀以及鐵液化學成分中的硅和磷含量對白口鑄鐵內表面裂紋的影響。此外，50多家工廠現場實驗表明：用鑲鑄法生產的復合錘頭、板錘和大型球磨機襯板等易磨損件耐磨性能和壽命均比原來用單一高錳鋼提高3倍以上，表明鑲鑄工藝方法為先進和經濟合理的工藝路線。對于鑲鑄零部件而言，其質量主要與澆鑄溫度、鑄型溫度、液固重量比以及鑲塊材料與母材的匹配等。

對于大型柴油錘上活塞需要采用的大截面球墨鑄鐵的鑲鑄工藝和方法而言，目前還未發現相關的報道和專利。

發明內容

本發明的目的是針對目前大型柴油錘上活塞采用的大截面球墨鑄鐵鑄件鑄造導致其力學性能不能滿足要求，特別是由于截面大，凝固速度緩慢而引起球墨畸變、球化不良和石墨漂浮等鑄造缺陷，提供一種可以有效地減少上述鑄造缺陷、改善大型柴油打樁錘大截面上活塞使用壽命的鑲鑄活塞體及其鑄造方法。

基于此目的，本發明的技術方案是：

一種鑲鑄活塞體，包括母材和預制圓棒，其特征在于預制圓棒位于活塞體芯部，材質為球墨鑄鐵，按重量百分比計，其成分為：C3.0-3.5%，Si3.5-3.9%，Mn0.27-0.3%，P0.048-0.052%，S0.018-0.022%，Mg0.037-0.043%，Cu0.08-0.10%，其余為Fe；母材的材質為球墨鑄鐵，按重量百分比計，其成分為：C2.9～3.6%，Si2.3～2.9%，Mn0.3～0.5%；P≤0.11%，S0.028～0.037%，Mg0.042～0.052%，殘存稀土氧化物0.038～0.052%，Cu0.33～0.40%，其余為Fe；所述預制圓棒的熔點低于母材；所述預制圓棒與澆鑄母材的體積比應≤1/4。

上述鑲鑄活塞體，其特征在于預制圓棒材質的金相組織為鐵素體＋珠光體，石墨組織為球狀，球化級別不低于4級；所述母材的表面金相組織為細珠光體＋鐵素體。

上述鑲鑄活塞體，其特征在于預制圓棒的硬度為HB180-220，延伸率不低于7%；所述母材的硬度為HB210-250，延伸率不低于2.5%。

上述鑲鑄活塞體，其鑄造方法包括以下步驟：

1）根據鑲鑄活塞體的外形尺寸確定并制作預制圓棒；

2）對預制圓棒進行表面清潔處理，采用酸洗或噴丸處理，清除表面殘存的油污、氧化物和銹蝕物；

3）對預制圓棒進行表面預熱處理，在保護性氣體中加熱至480-535℃；