1.概述

         由于新型发动机比功率越来越高，导致铝合金缸体和缸盖许多部位工作温度超过200℃，这时其强度迅速下降，难以承受所受机械载荷。为此，欧美等西方发达国家首先将蠕墨铸铁用做气缸盖的重要材料。

       蠕墨铸铁有球墨铸铁和灰铸铁的综合性能， 力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间，具有良好的致密性、耐热性和耐磨性，其铸造性能比球墨铸铁好，与灰铸铁接近，其强度和球墨铸铁接近，和灰铸铁类似的防震导热能力和铸造能力，但比灰铸铁有更好的塑性和耐疲劳性能。

        紧凑的结构取消专门气门座,但气门座孔必须有一定的耐磨性。由于高功率密度的特殊要求，以及蠕墨铸铁花样视频app黄版下载淬火和钢铁花样视频app黄版下载热处理的过程同普通热处理一样，是固态相变的过程，因此可选择花样视频app黄版下载淬火或激光表面淬火。

       早期采用激光表面淬火，经激光表面熔融处理后的组织，由共晶奥氏体和共晶渗碳体机械混合组成，为铁碳相图共晶转变的产物。 纯莱氏体中含有的渗碳体较多，故性能与渗碳体相近，即极为硬脆。另外激光淬火深度一般为0.1～0.8mm，扫描式淬火总有复加热的部位，对于气缸盖座孔特殊部位激光淬火较难控制，就会出现局部烧化、裂纹、表面凹凸不平等缺陷。因此,针对上述产品图样的特殊要求，很有必要研究其高频淬火工艺，解决目前激光淬火难以满足要求的问题。

 

         2. 研究目标及难点

        （1）利用现有设备，通过设计与其匹配的专用花样视频app黄版下载器，达到迅速使零件进排气密封带局部加热和冷却，避免喷液冷却，满足淬硬层深度、硬度的技术要求。

         （2）保证密封带淬硬，不烧化、不裂的情况下，研究电参数对零件花样视频app黄版下载淬火深度的影响，确定最优的电参数以指导生产。

        （3）铸铁件花样视频app黄版下载加热因导热性较弱 , 加热时间比钢件为长，一般在几秒以上，并应保温一段时间使难溶的组织溶入奥氏体，加热速度快会导致过高的热应力，易产生裂纹。

        （4）由于零件的形状较复杂，结构不对称，因此制造仿形且能均匀加热的花样视频app黄版下载器较难，淬火机床精度下降，花样视频app黄版下载器与零件的间隙不能精确定位。因此，实现批量生产且质量稳定，应做淬火机床改进。

 

        3. 研究内容

        基体材料蠕墨铸铁的蠕（球）化率85%,珠光体量50%～70%,抗拉强度≥445MPa,伸长率＞2%,硬度＜249HBW。石墨形态及基体组织如图1、图2所示。

        技术要求气缸盖进排气门密封带表面硬度47～55HRC，硬化层0.8～1.5mm。

  

        图1 石墨形态（蠕状+少量球状） 100×  

 

        图2 基体组织（珠光体+铁素体+石墨）500×

 

        根据缸盖密封带锥面角度及尺寸，设计专用花样视频app黄版下载器，其加热工作部位角度和尺寸与缸盖密封带一致，保证加热温度及面积的均匀性。

        采用高频同时加热淬火法工艺规范制定基础数据

根据设备电流频率、零件硬化层和表面积选定电流频率为200～250kHz。

根据淬火面积选择同时加热法。

        高频电流参数的确定：现有花样视频app黄版下载加热设备阳极空载电压 Ub＝12.5kV，阳极负载电压Ua＝12kV，槽路电压Uc＝10kV，阳极电流Iao＝10A，栅极电流Igo＝1.4。

       利用以上电参数核对高频输出功率：

       P输＝1/2γnUcIao＝1/2×1.7×1×10×10

                ＝85（KW）

       式中 γ——阳极电流利用系数，一般取1.7；

               N——振荡管个数，取n ＝1。

        核算结果表明，采用以上电参数设备，其输出功率大于要求功率,说明所选比功率合适,故最终决定使用HT-100AB型高频设备。

        确定加热时间t：加热时间可由有关资料查取并进行工艺试验，最后确定为12～18s，因加热面积小、工件大、蓄热量大，故用自冷的方法。

        由于该工件为局部薄壁，积蓄热量较少，因此无法进行自回火，故采用箱式炉回火，回火温度为180℃保温2h。

        采用下列三种方案试验研究。

        方案1：加导磁体花样视频app黄版下载器，工件旋转法。

        方案2：不加导磁体花样视频app黄版下载器，工件旋转法。

        方案3：不加导磁体花样视频app黄版下载器，工件不旋转，花样视频app黄版下载器本身汇合处电流密度小的部分对准壁薄处（方案1、方案2出现过热处）。

 

        方案1由于缸盖体积大、密封带加热面积较小，因此在花样视频app黄版下载器的有效圈上装导磁体，其具有良好的磁导率，当高频电流通过导体时，磁力线将主要从导磁体中通过，确保加热区域磁通密度最大，因而自感电势也最大。理论上加装导磁体的花样视频app黄版下载器加热速度更快，但设计制造出的花样视频app黄版下载器，在实际试验中由于加热速度快，温度不好控制，零件极易产生裂纹。

 

        方案2保证加热区域达到理想的加热速度、温度、深度。图3为设计的淬火花样视频app黄版下载器的实物（不加导磁体）。

 

        方案1、方案2试验后，尽管采用旋转法加热解决了花样视频app黄版下载器本身回合处电流密度小、加热不均的问题，但是由于零件的加热带厚度有差别，有一壁薄处存在局部过热现象。为了解决这一问题制定了方案3。经试验，方案3效果较好，以下均为方案3试验结果。

 

           图3 花样视频app黄版下载淬火器实物

 

        4. 研究检验结果

        图4为气缸盖高频淬火前零件实物, 4个气门座孔选取不同的参数花样视频app黄版下载淬火，编号及形状如图5所示，电参数见表1。

 

 图4  试验用某型号气缸盖 

    

 

        图5 气缸盖淬火顺序            

                    

 

        5．检验结果

        检验结果统计情况见表2, 解剖1 ♯座圈按图6所示1～4部位取样进行组织及淬硬层深度检验,表面淬火组织均为马氏体+残留奥氏体，各个位置的表层淬火组织和淬硬层深度如图7～图10所示。

         图6 气缸盖单孔解剖部位

 

  

        图7  位置1处

 

        图8  位置2处

  

            图9 位置3处

     

          图10  位置4处

 

        6．结果分析

        蠕墨铸铁缸盖气门座花样视频app黄版下载淬火能形成高的压应力状态的马氏体硬化层，花样视频app黄版下载淬火为自淬火不用任何外界冷却介质，产生极高的耐磨性，变形小，为了组织稳定、均匀，精密件可增加低温回火处理。

        精确稳定的高频电源输出是气门座花样视频app黄版下载淬火质量重复性好可靠保证，花样视频app黄版下载淬火花样视频app黄版下载器的开口处的合理设计与制作，根据座圈的壁厚设计仿形高频花样视频app黄版下载器，是保证气门座圈圆周花样视频app黄版下载淬火层均匀性的必要条件。

        花样视频app黄版下载淬火保证气门座圈与花样视频app黄版下载器间隙是关键。通过对设定不同参数进行气缸盖气门座淬火的金相解剖分析得出，采用适当的高频参数配合相应的加热时间，都能获得合格的缸盖气门座。因为气门座经花样视频app黄版下载淬火的组织中有片（球）状石墨针状马氏体和少量的残留奥氏体，其与气门构成的一对摩擦副，具有极高的耐磨性。在发动机整机寿命期不发生过量磨损。

        通过试验，采用型号为HT-100AB高频花样视频app色版下载，确定各电参数分别为：直流电压8.5～10kV，阳极电流4～4.6A，栅极电流1.4～1.6A，间隙5～7mm，时间12～18s。

        由于现有高频花样视频app色版下载只能手工操作，零件花样视频app黄版下载淬火部位结构不对称，薄厚不均，受热不均，导致铸铁导热性差，加热速度快，易产生应力集中， 零件在高频淬火阶段如控制不当极易产生烧伤和裂纹。且加热温度不宜太高，温度过高时残余奥氏体量较多，影响疲劳性能。因此，在气门座孔部位高频花样视频app黄版下载淬火时，温度低一些能淬硬是最好效果，但是要想达到这样的效果，只能调整零件材料的合金元素含量及珠光体含量。合金元素及珠光体含量多一些，淬火时较低的温度就能淬硬，硬度也能提高。

 

        7．结语

         （1）蠕墨铸铁的气缸盖进排气门密封带采用高频淬火方法可行，淬火深度、硬度能满足图样技术要求。

（2）该结构的气缸盖高频淬火与激光淬火等同，同样不需其他淬火冷却介质，自身冷却即可淬硬，零件变形小，避免了激光淬火容易产生裂纹而造成报废的风险。

        （3）铸铁件花样视频app黄版下载加热因导热性较弱,一次加热易产生裂纹,所以花样视频app黄版下载淬火前应首先进行低温预热,然后进行淬火,即可避免淬火裂纹。

       （4）当零件的形状固定，设计能均匀加热的仿形花样视频app黄版下载器， 采用比较精密的淬火机床，并准确定位花样视频app黄版下载器，可实现批量生产且质量稳定。

      （5）气缸盖用材料为蠕墨铸铁，产品因长时间在470℃左右工作，在此温度下零件硬度均降低。为了保证在此温度下工作不降硬度，建议采用能够淬硬的、在500℃左右工作温度使用具有一定耐磨性能的耐热合金铸铁。

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