低合金準態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：隨著內燃機機向著大功率、低油耗、低排放發展，準鑄態貝氏體應允而生，常用準鑄態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，實現氣缸套毛坯凝固過程中，在珠光體轉變區間冷卻快，接近貝氏體轉變區間冷卻速度慢，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，使準鑄態貝氏體成本大副降低。

關鍵詞：低合金;準鑄態;貝氏體;淬火液

0? 引言

隨著載重汽車和大型客車內燃機機向著大功率、低油耗、低排放、輕量化發展，準鑄態貝氏體應允而生，常用準鑄態貝氏體缸套毛坯由于不能準確控制珠光體轉變區間和貝氏體轉變區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、淬火介質精準調整。本文通過對其研究，實現氣缸套毛坯凝固過程中，在珠光體轉變區間冷卻快，接近貝氏體轉變區間冷卻慢，此時放進放進保溫箱中保溫，使缸套在保溫箱內實現貝氏體轉變，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，使準鑄態貝氏體成本大副降低。

1? 研究路線

1.1 化學成份

本文研究的氣缸套化學成份表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，其相關參數見表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變區間，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變區間，并且在貝氏體轉變區間冷區速度迅速降低，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，其冷卻曲線和相關參數見表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，能保證在珠光體轉變區間快速通過，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，結果如表4。

以表4可知：

①缸套毛坯在800-500℃范圍內，PEO溫度在20-60℃范圍內，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? 試驗結果

采用表1的化學成份，采用中原內配的專利涂料技術，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貝氏體的轉變。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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