一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套及其制备方法
技术领域
本发明涉及气缸套生产技术领域，特别是涉及一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套及其制备方法。
背景技术
目前，随着发动机排放标准的逐步提高，需要更高爆发压力的配合实施，对发动机核心零部件气缸套产品的要求更加苛刻。传统的气缸套虽然铸造难度相对低一些，但由于传统气缸套本身材质的原因，使其抗拉强度、刚度、旋转弯曲疲劳强度低，无法满足现有发动机新的排放标准的需求。
为了满足新的排放标准，就需要一种超低碳、低硅，且具备超高强度、高刚度、高旋转弯曲疲劳强度的贝氏体基体灰铸铁气缸套。但满足上述要求的气缸套材质，在铸造成可以使用的气缸套的难度很大，会导致该种气缸套材质的金相组织、机械性能、废品率、制造成本等不能满足生产要求，导致满足需求的气缸套材质无法顺利的生产出气缸套。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述不足，提供一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套及其制备方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套，所述气缸套由以下重量百分比的原料制成：碳2.40～2.7％、硅1.1～1.4％、锰0.2～0.6％、硫0.03～0.10％、磷≤0.06％、镍1.2～1.8％、钼1.2～1.8％、孕育剂0.20～0.50％、余量为铁。
优选的，所述孕育剂为硅钡钙孕育剂。
本发明还提供了一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套的制备方法，包括以下步骤：
第一步：配料，按以下重量百分比：碳2.40～2.7％、硅1.1～1.4％、锰0.2～0.6％、硫0.03～0.10％、磷≤0.06％、镍1.2～1.8％、钼1.2～1.8％、孕育剂0.20～0.50％、余量为铁，将碳、硅、锰、硫、磷、镍、钼、铁进行配料；
第二步：熔料，将配好的原料放置到感应电炉内熔炼，当感应电炉内温度为1500～1580℃时，将熔融状态原料出炉；
第三步：孕育，熔融状态原料出炉时随流加入孕育剂进行处理，得到铁水；
第四步：铸造，向浇注模内圆表面喷涂复合涂层后，将铁水注入离心铸造设备中，向浇注模内进行浇注，生产气缸套铸件；
第五步：强制降温，将铸造成型的气缸套铸件出模后，强制降温至350～550℃；
第六步：保温出炉，将强制降温后的气缸套铸件置入保温炉内进行保温，保温时间为60～180分钟，且气缸套铸件保温到不超过300℃时出炉；出炉后放入铸件框中，得到气缸套。
优选的，所述复合涂层包括三层不同的涂层，分别为第一涂层、第二涂层、第三涂层；第一涂层为铝硅酸盐、水的混合物；第二涂层为硅藻土、膨润土、水的混合物；第三涂层为锆英粉、硅溶胶、水的混合物。
优选的，第一涂层的重量百分比组成为铝硅酸盐52％、水48％；第二涂层的重量百分比组成为硅藻土26％、膨润土3％、水71％；第三涂层的重量百分比组成为锆英粉60％、硅溶胶4％、水36％。
优选的，所述浇注模内圆表面依次喷涂第一涂层、第二涂层、第三涂层；第一涂层的厚度为0.2～0.4mm；第二涂层的厚度为0.3～0.4mm；第三涂层的厚度为0.2～0.4mm。
优选的，浇注模内圆表面喷涂涂层的步骤如下：将浇注模预热至150～300℃后，喷涂第一涂层；间隔5～10S后喷涂第二涂层；间隔5～10S后喷涂第三涂层。
优选的，浇注模内圆表面喷涂涂层时，采用360°环形雾化喷涂的方式；喷涂中使用模块化喷涂系统，进行三种涂层的喷涂。
本发明的作用原理：
本发明在浇注模内圆表面喷涂有复合涂层，改变了现有技术中惯用的在浇注模内圆表面喷涂单一的、一种涂料的方式。
传统气缸套材质在浇注模内圆表面采用喷涂单一的、一种涂料，通过控制涂层厚度的方式均可满足各方面要求；而对于超低碳、低硅，且要满足超高强度、高刚度、高旋转弯曲疲劳强度的贝氏体基体灰铸铁气缸套材质，在生产过程中，在浇注模内圆表面采用喷涂单一、一种涂料的方式依靠控制涂层厚度的传统方式无法满足该种气缸套材质的金相组织、机械性能、废品率、制造成本等诸多要求。本发明浇注前在浇注模内圆表面采用喷涂复合涂层的方式，解决了前述的气缸套材质金相组织、机械性能、废品率、制造成本等诸多问题，不仅满足了批量生产要求，还满足了随着发动机排放标准的逐步提高，需要更高爆发压力的配合实施，对发动机核心零部件气缸套产品的其他要求。
本发明的复合涂层总共有三层，每层均是不一样的一种涂层。第一涂层为铝硅酸盐、水的混合物，直接喷涂在浇注模内圆表面，与浇注模直接接触，在浇注完毕之后方便出模。第二涂层为硅藻土、膨润土、水的混合物，该涂层喷涂在第一涂层外部，属于三层涂层之间的中间层，能起到良好的保温作用。第三涂层为锆英粉、硅溶胶、水的混合物，该层涂层喷涂在第二涂层外部，在浇注过程中是直接与铁水接触的涂层，并与浇注后得到的气缸套铸件外部直接接触，该涂层使得气缸套铸件表面更加光滑。
在喷涂时，使用了模块化喷涂系统进行三种涂层的喷涂。传统的喷涂方式所使用的喷涂系统只能控制一个喷嘴，只能喷涂一种涂层，且采用的是60°扇形雾化喷涂方式，在喷涂的过程中效率较低、且喷涂不均匀。本发明采用了模块化喷涂系统，该系统最多可控制八个自动喷嘴，可以实现本发明喷涂三种涂层的需求。本发明采用的是360°环形雾化喷涂方式，使喷涂涂料更均匀、喷涂效率更高。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明工艺简单，操作方便；本发明通过在浇注前对浇注模内圆表面使用复合涂层的方式，使得采用超低碳、低硅、超高强度、高刚度、高旋转弯曲疲劳强度的贝氏体基体灰铸铁气缸套材质生产获得的气缸套，金相组织、机械性能、废品率、制造成本满足需求，能够达到批量生产，且满足发动机的高排放标准。
附图说明
图1为本发明生产工艺流程图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套，气缸套由以下重量百分比的原料制成：碳2.7％、硅1.4％、锰0.5％、硫0.04％、磷0.05％、镍1.4％、钼1.3％、孕育剂0.40％、铁92.21％；孕育剂为硅钡钙孕育剂。
如图1所示，一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套的制备方法，包括以下步骤：
第一步：配料，按以下重量百分比：碳2.7％、硅1.4％、锰0.5％、硫0.04％、磷0.05％、镍1.4％、钼1.3％、孕育剂0.40％、铁92.21％，将碳、硅、锰、硫、磷、镍、钼、铁进行配料；
第二步：熔料，将配好的原料放置到感应电炉内熔炼，当感应电炉内温度为1580℃时，将熔融状态原料出炉；
第三步：孕育，熔融状态原料出炉时随流加入孕育剂进行处理，得到铁水；
第四步：铸造，向浇注模内圆表面喷涂复合涂层后，将铁水注入离心铸造设备中，向浇注模内进行浇注，生产气缸套铸件；
复合涂层包括三层不同的涂层，分别为第一涂层、第二涂层、第三涂层；浇注模内圆表面依次喷涂第一涂层、第二涂层、第三涂层；第一涂层的厚度为0.3mm；第二涂层的厚度为0.3mm；第三涂层的厚度为0.3mm；第一涂层的重量百分比组成为铝硅酸盐52％、水48％；第二涂层的重量百分比组成为硅藻土26％、膨润土3％、水71％；第三涂层的重量百分比组成为锆英粉60％、硅溶胶4％、水36％；
第五步：强制降温，将铸造成型的气缸套铸件出模后，强制降温至520℃；
第六步：保温出炉，将强制降温后的气缸套铸件置入保温炉内进行保温，保温时间为100分钟，且气缸套铸件保温到不超过300℃时出炉；出炉后放入铸件框中，得到气缸套。
其中，浇注模内圆表面喷涂涂层的步骤如下：将浇注模预热至150℃后，喷涂第一涂层；间隔7S后喷涂第二涂层；间隔10S后喷涂第三涂层。浇注模内圆表面喷涂涂层时，采用360°环形雾化喷涂的方式；喷涂中使用模块化喷涂系统，进行三种涂层的喷涂。
按照本实施例的配料以及制备工艺生产出来的的气缸套，抗拉强度为452Mpa，硬度为312HB，弹性模量为160000MPa，旋转弯曲疲劳强度为220MPa。本气缸套的具有超高强度、高刚度、高旋转弯曲疲劳强度的性能。
实施例2
一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套，气缸套由以下重量百分比的原料制成：碳2.5％、硅1.2％、锰0.3％、硫0.04％、磷0.03％、镍1.5％、钼1.4％、孕育剂0.50％、铁92.53％；孕育剂为硅钡钙孕育剂。
一种超低碳、低硅贝氏体基体灰铸铁气缸套的制备方法，包括以下步骤：
第一步：配料，按以下重量百分比：碳2.5％、硅1.2％、锰0.3％、硫0.04％、磷0.03％、镍1.5％、钼1.4％、孕育剂0.50％、铁92.53％，将碳、硅、锰、硫、磷、镍、钼、铁进行配料；
第二步：熔料，将配好的原料放置到感应电炉内熔炼，当感应电炉内温度为1500℃时，将熔融状态原料出炉；
第三步：孕育，熔融状态原料出炉时随流加入孕育剂进行处理，得到铁水；
第四步：铸造，向浇注模内圆表面喷涂复合涂层后，将铁水注入离心铸造设备中，向浇注模内进行浇注，生产气缸套铸件；
复合涂层包括三层不同的涂层，分别为第一涂层、第二涂层、第三涂层；浇注模内圆表面依次喷涂第一涂层、第二涂层、第三涂层；第一涂层的厚度为0.2mm；第二涂层的厚度为0.4mm；第三涂层的厚度为0.4mm；第一涂层的重量百分比组成为铝硅酸盐52％、水48％；第二涂层的重量百分比组成为硅藻土26％、膨润土3％、水71％；第三涂层的重量百分比组成为锆英粉60％、硅溶胶4％、水36％；
第五步：强制降温，将铸造成型的气缸套铸件出模后，强制降温至400℃；
第六步：保温出炉，将强制降温后的气缸套铸件置入保温炉内进行保温，保温时间为160分钟，且气缸套铸件保温到不超过300℃时出炉；出炉后放入铸件框中，得到气缸套。
其中，浇注模内圆表面喷涂涂层的步骤如下：将浇注模预热至220℃后，喷涂第一涂层；间隔5S后喷涂第二涂层；间隔7S后喷涂第三涂层。浇注模内圆表面喷涂涂层时，采用360°环形雾化喷涂的方式；喷涂中使用模块化喷涂系统，进行三种涂层的喷涂。
按照本实施例的配料以及制备工艺生产出来的的气缸套，抗拉强度为488Mpa，硬度为326HB，弹性模量为210000MPa，旋转弯曲疲劳强度为260MPa。本气缸套的具有超高强度、高刚度、高旋转弯曲疲劳强度的性能。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
