低合金準態(tài)貝氏體氣缸套新型淬火液研究

高浩　高廣東　吳龍　劉棟　熊毅

摘要：隨著內(nèi)燃機機向著大功率、低油耗、低排放發(fā)展，準鑄態(tài)貝氏體應(yīng)允而生，常用準鑄態(tài)貝氏體缸套需要加入高含量的鉬鎳合金，本文研究一種新型淬火液，實現(xiàn)氣缸套毛坯凝固過程中，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間冷卻快，接近貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間冷卻速度慢，在不加鎳、低鉬（0.45-0.6）的情況下，得到同樣性能的貝氏體組織，使準鑄態(tài)貝氏體成本大副降低。

關(guān)鍵詞：低合金;準鑄態(tài);貝氏體;淬火液

0? 引言

隨著載重汽車和大型客車內(nèi)燃機機向著大功率、低油耗、低排放、輕量化發(fā)展，準鑄態(tài)貝氏體應(yīng)允而生，常用準鑄態(tài)貝氏體缸套毛坯由于不能準確控制珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間的冷卻速度和冷卻溫度，因此需要加入高含量的鉬鎳合金（鉬：1.0-1.5，鎳：1.0-1.5），本文研究一種新型淬火液，缸套毛坯在850-900℃出模后，將缸套放入該淬火液中，其冷卻速度在不同的溫度可以通過改變濃度、攪拌速度、淬火介質(zhì)精準調(diào)整。本文通過對其研究，實現(xiàn)氣缸套毛坯凝固過程中，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間冷卻快，接近貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間冷卻慢，此時放進放進保溫箱中保溫，使缸套在保溫箱內(nèi)實現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變，在不加鎳、低鉬（0.45-0.6）的情況下，得到同樣性能的貝氏體組織，使準鑄態(tài)貝氏體成本大副降低。

1? 研究路線

1.1 化學(xué)成份

本文研究的氣缸套化學(xué)成份表1。

1.2 有機聚合物淬火液種類的研究

本文選擇20%的聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸鈉（ACR）、聚乙烯惡唑林（PEO）、聚乙醇（PAG）和聚乙烯吡咯（PVP）進行研究，通過對其冷卻曲線的測定，來選擇合適的聚臺物淬火液。用瑞典的ivf quenchotest冷卻速度測量儀對不同聚合物淬火劑進行冷卻速度測量，其相關(guān)參數(shù)見表2。

從表2可知：

①1號PAG聚乙醇在800-500℃冷卻很快，最快達到142℃/秒，可以快速通過珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間，但在500℃時冷卻速度達到60℃/秒，進保溫箱不易控制。

②2號ACR聚丙烯酸鈉在800-500℃冷卻較慢，最大冷卻速度只有63℃/秒，不能快速躲過珠光體的轉(zhuǎn)變。

③3號PVP聚乙烯吡咯在800-500℃冷卻較快，在500℃時冷卻速度25℃/秒，能滿足工藝要求。

④4號PEO聚乙烯惡唑林在800-500℃冷卻快，在500℃時冷卻速度26℃/秒，能滿足工藝要求。

綜上所述，3、4號都是在800-500℃冷卻快，能夠快速通過珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間，并且在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間冷區(qū)速度迅速降低，都能滿足工藝的要求，但對于PEO在800-500℃冷卻速度更快，可以減少合金元素的加入量，因此本項目最終選擇了PEO做為有機聚合物淬火劑。

1.3 PEO淬火液最佳濃度的研究

PEO的冷卻能力隨著溫度和濃度的變化，因此需要對淬火液的最佳濃度進行研究，本文分別配置了濃度為5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、45%、50%的PEO溶液，在溫度為40℃，強力攪拌的情況下，用瑞典的ivf quenchotest冷卻速度測量儀對不同濃度的PEO進行冷卻速度測量，其冷卻曲線和相關(guān)參數(shù)見表3。

從表3可知：

①隨著PEO 聚合物溶液濃度增加，其運動粘度也隨著增加，其最大冷卻速度卻逐漸減少。

②濃度為15-25%的PEO 聚合物溶液都是在800-500℃冷卻較快，能保證在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間快速通過，在300-500℃冷卻較慢，工藝容易控制，因此，PEO 聚合物溶液濃度控制在15-25%。

1.4 PEO淬火液最佳溫度的研究

本文在濃度20%，強力攪拌的環(huán)境下，淬火液溫度在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃溫度下對其淬火冷卻特性進行研究，結(jié)果如表4。

以表4可知：

①缸套毛坯在800-500℃范圍內(nèi)，PEO溫度在20-60℃范圍內(nèi)，隨著PEO溫度的提高最大冷卻速度逐漸

減小。

②PEO溫度控制在20-50℃。

2? 試驗結(jié)果

采用表1的化學(xué)成份，采用中原內(nèi)配的專利涂料技術(shù)，通過多工位離心鑄造機，在850-900℃出模，采用本文的PEO淬火液，快速躲過珠光體轉(zhuǎn)變溫度，在500℃進入保溫箱冷卻。通過觀察金相組織，石墨組織為80%A型石墨+20%B型石墨（圖1），基體組織80%貝氏體+18%奧氏體+2%碳化物（圖2），硬度為298HBS，抗拉強度403MPa。

3? 結(jié)論

①通過對聚乙醇（PAG）、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸鈉（ACR）、聚乙烯吡咯（PVP）和聚乙烯惡唑林（PEO）來研究，聚乙烯惡唑林（PEO）的冷卻特性滿足氣缸套低合金準鑄態(tài)貝氏體的轉(zhuǎn)變。②PEO聚合物溶液最佳濃度為15-25%，最佳溫度為20-50℃。

參考文獻：

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