低合金准态贝氏体气缸套新型淬火液研究

高浩　高广东　吴龙　刘栋　熊毅

摘要：随着内燃机机向着大功率、低油耗、低排放发展，准铸态贝氏体应允而生，常用准铸态贝氏体缸套需要加入高含量的钼镍合金，本文研究一种新型淬火液，实现气缸套毛坯凝固过程中，在珠光体转变区间冷却快，接近贝氏体转变区间冷却速度慢，在不加镍、低钼（0.45-0.6）的情况下，得到同样性能的贝氏体组织，使准铸态贝氏体成本大副降低。

关键词：低合金;准铸态;贝氏体;淬火液

0  引言

随着载重汽车和大型客车内燃机机向着大功率、低油耗、低排放、轻量化发展，准铸态贝氏体应允而生，常用准铸态贝氏体缸套毛坯由于不能准确控制珠光体转变区间和贝氏体转变区间的冷却速度和冷却温度，因此需要加入高含量的钼镍合金（钼：1.0-1.5，镍：1.0-1.5），本文研究一种新型淬火液，缸套毛坯在850-900℃出模后，将缸套放入该淬火液中，其冷却速度在不同的温度可以通过改变浓度、搅拌速度、淬火介质精准调整。本文通过对其研究，实现气缸套毛坯凝固过程中，在珠光体转变区间冷却快，接近贝氏体转变区间冷却慢，此时放进放进保温箱中保温，使缸套在保温箱内实现贝氏体转变，在不加镍、低钼（0.45-0.6）的情况下，得到同样性能的贝氏体组织，使准铸态贝氏体成本大副降低。

1  研究路线

1.1 化学成份

本文研究的气缸套化学成份表1。

1.2 有机聚合物淬火液种类的研究

本文选择20%的聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸钠（ACR）、聚乙烯恶唑林（PEO）、聚乙醇（PAG）和聚乙烯吡咯（PVP）进行研究，通过对其冷却曲线的测定，来选择合适的聚台物淬火液。用瑞典的ivf quenchotest冷却速度测量仪对不同聚合物淬火剂进行冷却速度测量，其相关参数见表2。

从表2可知：

①1号PAG聚乙醇在800-500℃冷却很快，最快达到142℃/秒，可以快速通过珠光体转变区间，但在500℃时冷却速度达到60℃/秒，进保温箱不易控制。

②2号ACR聚丙烯酸钠在800-500℃冷却较慢，最大冷却速度只有63℃/秒，不能快速躲过珠光体的转变。

③3号PVP聚乙烯吡咯在800-500℃冷却较快，在500℃时冷却速度25℃/秒，能满足工艺要求。

④4号PEO聚乙烯恶唑林在800-500℃冷却快，在500℃时冷却速度26℃/秒，能满足工艺要求。

综上所述，3、4号都是在800-500℃冷却快，能够快速通过珠光体转变区间，并且在贝氏体转变区间冷区速度迅速降低，都能满足工艺的要求，但对于PEO在800-500℃冷却速度更快，可以减少合金元素的加入量，因此本项目最终选择了PEO做为有机聚合物淬火剂。

1.3 PEO淬火液最佳浓度的研究

PEO的冷却能力随着温度和浓度的变化，因此需要对淬火液的最佳浓度進行研究，本文分别配置了浓度为5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、45%、50%的PEO溶液，在温度为40℃，强力搅拌的情况下，用瑞典的ivf quenchotest冷却速度测量仪对不同浓度的PEO进行冷却速度测量，其冷却曲线和相关参数见表3。

从表3可知：

①随着PEO 聚合物溶液浓度增加，其运动粘度也随着增加，其最大冷却速度却逐渐减少。

②浓度为15-25%的PEO 聚合物溶液都是在800-500℃冷却较快，能保证在珠光体转变区间快速通过，在300-500℃冷却较慢，工艺容易控制，因此，PEO 聚合物溶液浓度控制在15-25%。

1.4 PEO淬火液最佳温度的研究

本文在浓度20%，强力搅拌的环境下，淬火液温度在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃温度下对其淬火冷却特性进行研究，结果如表4。

以表4可知：

①缸套毛坯在800-500℃范围内，PEO温度在20-60℃范围内，随着PEO温度的提高最大冷却速度逐渐

减小。

②PEO温度控制在20-50℃。

2  试验结果

采用表1的化学成份，采用中原内配的专利涂料技术，通过多工位离心铸造机，在850-900℃出模，采用本文的PEO淬火液，快速躲过珠光体转变温度，在500℃进入保温箱冷却。通过观察金相组织，石墨组织为80%A型石墨+20%B型石墨（图1），基体组织80%贝氏体+18%奥氏体+2%碳化物（图2），硬度为298HBS，抗拉强度403MPa。

3  结论

①通过对聚乙醇（PAG）、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸钠（ACR）、聚乙烯吡咯（PVP）和聚乙烯恶唑林（PEO）来研究，聚乙烯恶唑林（PEO）的冷却特性满足气缸套低合金准铸态贝氏体的转变。②PEO聚合物溶液最佳浓度为15-25%，最佳温度为20-50℃。

参考文献：

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