權(quán)利要求

1.二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體，其特征在于：它是由如下方法步驟制備的： (1)按照質(zhì)量比10:1-50:1，將亞共晶鋁硅合金和Al-50Si鋁硅中間合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至690-850℃，再加入占亞共晶鋁硅合金重量0.3-0.5wt.％的C 2Cl 6，攪拌5-8min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和Al-10Sm稀土中間合金，分別占亞共晶鋁硅合金重量的0.1-0.2wt.％、0.1-0.2wt.％和0.1-1wt.％，再經(jīng)攪拌5-30min后保溫，獲得一次熱浸鍍材料A； (2)將純鋅加熱至460℃，待鋅熔化后保溫，獲得二次熱浸鍍材料B； (3)將灰鑄鐵缸套完全浸入步驟(1)獲得的熱浸鍍材料A中，并使缸套以10-20轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)1-20分鐘后，再以0.5-10m/min的速度從A中勻速提出，完成一次熱浸鍍，獲得一次浸鍍缸套C； (4)將步驟(3)獲得的一次熱浸鍍缸套C迅速完全浸沒步驟(2)獲得的二次熱浸鍍材料B中，靜止保持1-20s后，再以1.0-15m/min的速度勻速從B中提出，獲得二次熱浸鍍缸套D，所述的缸套D可在室溫條件下放置0-48h； (5)將亞共晶鋁硅合金加熱至720-760℃，然后加入占亞共晶鋁硅合金重量0.3-0.5wt.％的C 2Cl 6，攪拌5-8min，精煉熔體，精煉完成后加入Al-5Ti-B和Al-10Sr中間合金，分別占亞共晶鋁硅合金重量的0.1-0.2wt.％和0.1-0.2wt.％，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫1-20min，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料E； (6)在室溫條件下，將步驟(4)獲得的二次熱浸鍍缸套D固定在鑄型內(nèi)，將步驟(5)獲得的缸體材料E澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F； (7)將步驟(6)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F在450-600℃下進(jìn)行固溶處理6-15h后，空冷至室溫，再在170-250℃下時(shí)效處理1-10h后，空冷至室溫，獲得二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體，其特征在于：所述的亞共晶鋁硅合金為ZL101，ZL104，A356或A360中的任意組合。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體，其特征在于：步驟(4)所述的缸套D可在室溫條件下放置1-24小時(shí)。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體，其特征在于：步驟(4)所述的靜止保持為3-8s。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體，其特征在于：步驟(6)所述的鑄造成型為壓鑄、低壓鑄造或重力鑄造中的任意一種。

說明書

二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體及其鑄造方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，具體涉及二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體及其鑄造方法。

背景技術(shù)

近年來，人們逐漸意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，毫無疑問，汽車輕量化可以一定程度上減少能源的損耗以及溫室氣體的排放。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車中最重的部件之一，其輕量化研究對(duì)汽車的性能提升，實(shí)現(xiàn)低排放低能耗有重大的意義。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體材料正從灰鑄鐵逐步向鋁合金等輕質(zhì)合金方向發(fā)展，目前市面上存在的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)大致可分為三類：鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)、鋁合金內(nèi)嵌鑄鐵缸套式發(fā)動(dòng)機(jī)、高硅鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，鋁合金內(nèi)嵌鑄鐵缸套式發(fā)動(dòng)機(jī)既利用了鑄鐵材料的高硬度和高耐磨性，又充分利用了鋁合金材料的高比強(qiáng)度，高導(dǎo)熱性，能夠兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能和輕量化。

目前，鋁合金內(nèi)嵌鑄鐵缸套式發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體缸套總成技術(shù)主要分為機(jī)械壓入裝配技術(shù)和復(fù)合鑄造技術(shù)兩大類。機(jī)械壓入裝配技術(shù)是依靠外部施加壓應(yīng)力將缸套通過過盈配合壓入缸體內(nèi)來達(dá)到緊密貼合。但機(jī)械壓入式并不能使缸體缸套之間達(dá)到冶金結(jié)合，缸體缸套之間存在縫隙，兩者界面處甚至存在氧化物，油污等，極大地影響了缸體和缸套間的結(jié)合強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提升。

固液復(fù)合鑄造技術(shù)使缸體和缸套界面冶金結(jié)合成為可能，較大幅度的提高了界面強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，越來越多的被國內(nèi)外汽車制造商采用。為優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化結(jié)合強(qiáng)度，抑制界面缺陷，熱噴涂，激光熔覆，電鍍，熱浸鍍等表面改性技術(shù)被廣泛采用，其中，熱浸鍍技術(shù)由于設(shè)備要求低，工藝簡單，成本低，效果良好成為重要的表面改性方法。

目前較為常用的熱浸鍍材料為：純鋅、鋅鋁合金、鋁硅合金、純鋁。當(dāng)選用純鋅作為熱浸鍍材料時(shí)，需要脫脂、酸洗和助鍍處理等復(fù)雜的前處理工序，且界面結(jié)合強(qiáng)度不高；選擇鋅鋁合金作為熱浸鍍液時(shí)，在浸鍍過程中，Zn原子擴(kuò)散與鑄鐵基表面的Fe-Al化合物層生成Fe-Al-Zn三元固溶體，Zn原子通過Fe-Al-Zn三元固溶體向鑄鐵基體晶界擴(kuò)散，便在晶界處生成Zn-Fe金屬間化合物；浸鍍時(shí)間延長，Zn-Fe化合物生成量越來越多而體積膨脹變大，F(xiàn)e-Al化合物層被脹裂出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致界面不完整，嚴(yán)重影響其力學(xué)性能?，F(xiàn)有技術(shù)以鋅和鋅鋁合金作為熱浸鍍材料，界面結(jié)合強(qiáng)度均小于35MPa。選擇鋁硅合金作為熱浸鍍液時(shí)，鑄鐵缸套表面會(huì)生成Fe-Al-Si脆性金屬間化合物，該化合物生長速度和形態(tài)較難控制，在鑄造和熱處理過程中極易產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重影響界面結(jié)合強(qiáng)度。在浸鍍結(jié)束后需快速將完成浸鍍的缸套置于模具內(nèi)進(jìn)行澆鑄，否則鍍層會(huì)迅速生成一層致密氧化鋁薄膜，在后續(xù)鑄造過程中嚴(yán)重阻礙鍍層材料和缸體材料間的冶金傳熱和傳質(zhì)過程，破壞界面的冶金結(jié)合，大幅降低界面結(jié)合強(qiáng)度。實(shí)際生產(chǎn)過程中，缸套入型，缸套固定，鑄型合型，澆鑄都需要一定時(shí)間，而致密氧化鋁薄膜生成速度極快，因此無法通過加快生產(chǎn)節(jié)拍避免這種致密氧化鋁薄膜的形成和破壞作用，導(dǎo)致界面結(jié)合質(zhì)量嚴(yán)重下降，產(chǎn)品合格率很低，大大限制了該方法的實(shí)用性。此外，當(dāng)選用純鋁作為熱浸鍍材料時(shí)，與鋁硅合金相比，隨熱浸鍍溫度以及熱浸鍍時(shí)間的增加，缸套表面鋁鐵金屬間化合層生長更快，脆性層更厚，并且熱浸鍍層中也會(huì)生成大量的脆性、針狀鋁鐵金屬化合物，不但影響力學(xué)性能，且易產(chǎn)生開裂。

綜上，目前鑄鐵缸套/鋁合金缸體熱浸鍍復(fù)合鑄造技術(shù)存在一些不足：熱浸鍍處理過程中金屬間化合物脆性層厚度不易控制；熱浸鍍層表面會(huì)形成致密氧化，嚴(yán)重阻礙界面冶金結(jié)合過程，因此將降低界面結(jié)合強(qiáng)度，此外為減少氧化層厚度，對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍控制提出較高要求，降低了技術(shù)實(shí)用性；鑄件在澆鑄成型和熱處理過程中，金屬間化合物層受到較大應(yīng)力從而產(chǎn)生開裂，將導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度不高。針對(duì)上述不足，如何研發(fā)出高結(jié)合強(qiáng)度，無裂紋，可熱處理的內(nèi)嵌鑄鐵缸套鋁合金缸體及其鑄造方法是目前亟需解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明提供了一種二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體，它是由如下方法步驟制備的：

(1)按照質(zhì)量比10:1-50:1，將亞共晶鋁硅合金和Al-50Si鋁硅中間合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至690-850℃，再加入占亞共晶鋁硅合金重量0.3-0.5wt.％的C 2Cl 6，攪拌5-8min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和Al-10Sm稀土中間合金，分別占亞共晶鋁硅合金重量的0.1-0.2wt.％、0.1-0.2wt.％和0.1-1wt.％，再經(jīng)攪拌5-30min后保溫，獲得一次熱浸鍍材料A；

(2)將純鋅加熱至460℃，待鋅熔化后保溫，獲得二次熱浸鍍材料B；

(3)將灰鑄鐵缸套完全浸入步驟(1)獲得的熱浸鍍材料A中，并使缸套以10-20轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)1-20分鐘后，再以0.5-10m/min的速度從A中勻速提出，完成一次熱浸鍍，獲得一次浸鍍缸套C；

(4)將步驟(3)獲得的一次熱浸鍍缸套C迅速完全浸沒步驟(2)獲得的二次熱浸鍍材料B中，靜止保持1-20s后，再以1.0-15m/min的速度勻速從B中提出，獲得二次熱浸鍍缸套D，所述的缸套D可在室溫條件下放置0-48h；

(5)將亞共晶鋁硅合金加熱至720-760℃，然后加入占亞共晶鋁硅合金重量0.3-0.5wt.％的C 2Cl 6，攪拌5-8min，精煉熔體，精煉完成后加入Al-5Ti-B和Al-10Sr中間合金，分別占亞共晶鋁硅合金重量的0.1-0.2wt.％和0.1-0.2wt.％，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫1-20min，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料E；

(6)在室溫條件下，將步驟(4)獲得的二次熱浸鍍缸套D固定在鑄型內(nèi)，將步驟(5)獲得的缸體材料E澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F；

(7)將步驟(6)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F在450-600℃下進(jìn)行固溶處理6-15h后，空冷至室溫，再在170-250℃下時(shí)效處理1-10h后，空冷至室溫，獲得二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體。

進(jìn)一步地，所述亞共晶鋁硅合金為ZL101，ZL104，A356或A360中的任意組合；

進(jìn)一步地，步驟(4)所述的缸套D可在室溫條件下放置1-24小時(shí)；

進(jìn)一步地，步驟(4)所述的靜止保持為3-8s；

進(jìn)一步地，步驟(6)所述的鑄造成型為壓鑄、低壓鑄造或重力鑄造中的任意一種。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明采用二次熱浸鍍方法實(shí)現(xiàn)鋁合金缸體和灰鑄鐵缸套間的冶金結(jié)合，具有優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，剪切強(qiáng)度可達(dá)54-63MPa，克服了傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)合產(chǎn)生的貼合率不穩(wěn)定，結(jié)合強(qiáng)度低，傳熱效果差的缺點(diǎn)，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和穩(wěn)定性。

(2)在一次浸鍍中，通過缸套旋轉(zhuǎn)工藝以及浸鍍時(shí)間、溫度和鍍液成分的協(xié)同作用，有效將Fe-Al-Si金屬間化合物層厚度控制在5-10μm，且化合物層形狀規(guī)則，無尖銳突起，改善了化合物層的強(qiáng)韌性，有效避免了復(fù)合鑄造和后續(xù)熱處理過程中鍍層開裂問題。

(3)二次熱浸鍍?nèi)コy熔氧化鋁層，并形成低熔點(diǎn)鋅鍍層，避免了復(fù)合鑄造過程中氧化鋁層對(duì)界面冶金反應(yīng)的破壞，增強(qiáng)了的界面結(jié)合性，缸套無需經(jīng)過預(yù)熱處理，在室溫條件下即可完成澆鑄，此外經(jīng)二次熱鍍后的缸套既可以立刻完成快速澆鑄也可以在室溫條件下放置48小時(shí)之后進(jìn)行澆鑄，均不會(huì)影響其與缸體的緊密結(jié)合以及缸套與鍍層之間的剪切強(qiáng)度，因此降低了工序復(fù)雜性。

(4)綜上：本發(fā)明采用亞共晶鋁硅合金和純鋅作為熱浸鍍材料，通過二次熱浸鍍復(fù)合鑄造方法實(shí)現(xiàn)鑄鐵缸套鋁合金缸體的高強(qiáng)度結(jié)合，本鑄造方法簡化了鑄鐵缸套前處理過程，通過缸套旋轉(zhuǎn)工藝和浸鍍時(shí)間和溫度及一次浸鍍材料成分的協(xié)同作用，改變了缸套表面冶金熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，有效的控制了的Fe-Al-Si金屬間化合物脆硬層厚度，避免鑄件熱處理時(shí)沿脆硬層產(chǎn)生的開裂。采用純鋅進(jìn)行二次浸鍍，避免了鋁合金鍍層表面氧化，二次浸鍍后的缸套無需在完成熱浸鍍后立即進(jìn)行澆鑄，即使長時(shí)間放置，也能在無預(yù)熱情況下較好地完成澆鑄，顯著降低了生產(chǎn)難度。此外，一次熱鍍材料中的稀土等微量元素能夠細(xì)化含鋅化合物和含鐵化合物晶粒尺寸，進(jìn)一步改善鍍層的力學(xué)性能。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1步驟(5)獲得的二次熱浸鍍后的缸套外熱浸鍍層的SEM圖譜；

圖2是實(shí)施例1-4中，步驟(8)獲得的熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體復(fù)合鑄造界面Fe-Al-Si金屬間化合物層的厚度統(tǒng)計(jì)圖；

圖3是實(shí)施例1步驟(8)獲得的熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體復(fù)合鑄造界面SEM圖譜；

圖4是實(shí)施例1-4中，步驟(8)獲得的內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體界面剪切應(yīng)力強(qiáng)度；

圖5是對(duì)比例1-4中，步驟(6)獲得的內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體界面剪切應(yīng)力強(qiáng)度。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理；

(2)將10KgA356鋁硅合金和0.8KgAl-50Si鋁硅中間合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至690℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr和50gAl-10Sm稀土中間合金攪拌5min后保溫，獲得一次熱浸鍍材料A；

(3)將純鋅加熱至460℃，待鋅熔化后保溫，獲得二次熱浸鍍材料B；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套完全浸入步驟(2)中的一次熱浸鍍材料A中，并使缸套以12轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)10分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成一次熱浸鍍，獲得一次浸鍍缸套C；

(5)將步驟(4)獲得的一次熱浸鍍缸套C迅速完全浸沒步驟(3)獲得的二次熱浸鍍材料B中，靜止保持8s后以1.5m/min的速度勻速提拉出，在室溫空氣中放置24小時(shí)，完成二次熱浸鍍，獲得二次熱浸鍍缸套D；

(6)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫5min，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料E；

(7)室溫條件下，將步驟(5)獲得二次熱浸鍍缸套D固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(6)獲得的缸體材料E按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F；

(8)將步驟(7)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F在500℃下進(jìn)行固溶處理6h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理4h，空冷至室溫，獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體G。

實(shí)施例2

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理；

(2)將10KgA356鋁硅合金和0.7KgAl-50Si鋁硅中間合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至750℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr和60gAl-10Sm稀土中間合金攪拌5min后保溫，獲得一次熱浸鍍材料A；

(3)將純鋅加熱至460℃，待鋅熔化后保溫，獲得二次熱浸鍍材料B；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套完全浸入步驟(2)中的一次熱浸鍍材料A中，并使缸套以15轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)8分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成一次熱浸鍍，獲得一次浸鍍缸套C；

(5)將步驟(4)獲得的一次熱浸鍍缸套C迅速完全浸沒步驟(3)獲得的二次熱浸鍍材料B中，靜止保持6s后以1.5m/min的速度勻速提拉出，在室溫空氣中放置12小時(shí)，完成二次熱浸鍍，獲得二次熱浸鍍缸套D；

(6)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫5min，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料E；

(7)室溫條件下，將步驟(5)獲得二次熱浸鍍缸套D固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(6)獲得的缸體材料E按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F；

(8)將步驟(7)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F在500℃下進(jìn)行固溶處理6h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理4h，空冷至室溫，獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體G。

實(shí)施例3

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理；

(2)將10Kg A356鋁硅合金和0.5Kg Al-50Si鋁硅中間合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至800℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr和70gAl-10Sm稀土中間合金攪拌5min后保溫，獲得一次熱浸鍍材料A；

(3)將純鋅加熱至460℃，待鋅熔化后保溫，獲得二次熱浸鍍材料B；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套完全浸入步驟(2)中的一次熱浸鍍材料A中，并使缸套以18轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)7分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成一次熱浸鍍，獲得一次浸鍍缸套C；

(5)將步驟(4)獲得的一次熱浸鍍缸套C迅速完全浸沒步驟(3)獲得的二次熱浸鍍材料B中，靜止保持5s后以1.5m/min的速度勻速提拉出，在室溫空氣中放置36小時(shí)，完成二次熱浸鍍，獲得二次熱浸鍍缸套D；

(6)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫5min，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料E；

(7)室溫條件下，將步驟(5)獲得二次熱浸鍍缸套D固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(6)獲得的缸體材料E按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F；

(8)將步驟(7)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F在500℃下進(jìn)行固溶處理6h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理4h，空冷至室溫，獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體G。

實(shí)施例4

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理；

(2)將10Kg A356鋁硅合金和0.2Kg Al-50Si鋁硅中間合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至850℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr和80gAl-10Sm稀土中間合金攪拌5min后保溫，獲得一次熱浸鍍材料A；

(3)將純鋅加熱至460℃，待鋅熔化后保溫，獲得二次熱浸鍍材料B；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套完全浸入步驟(2)中的一次熱浸鍍材料A中，并使缸套以20轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成一次熱浸鍍，獲得一次浸鍍缸套C；

(5)將步驟(4)獲得的一次熱浸鍍缸套C迅速完全浸沒步驟(3)獲得的二次熱浸鍍材料B中，靜止保持4s后以1.5m/min的速度勻速提拉出，在室溫空氣中放置48小時(shí)，完成二次熱浸鍍，獲得二次熱浸鍍缸套D；

(6)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6，再經(jīng)攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫5min，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料E；

(7)室溫條件下，將步驟(5)獲得二次熱浸鍍缸套D固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(6)獲得的缸體材料E按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F；

(8)將步驟(7)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F在500℃下進(jìn)行固溶處理5h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理5h，空冷至室溫,獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體G。

對(duì)比例1

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理，獲得預(yù)處理鑄鐵缸套A；

(2)將10Kg A356鋁硅合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至690℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr中間合金攪拌5min后保溫，獲得熱浸鍍材料B；

(3)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料C；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套A完全浸入步驟(2)中的熱浸鍍材料B中，保持10分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成熱浸鍍，獲得熱浸鍍缸套D；

(5)將步驟(4)獲得熱浸鍍缸套D迅速固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(3)獲得的缸體材料C按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E；

(6)將步驟(5)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E在500℃下進(jìn)行固溶處理5h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理5h，空冷至室溫,獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F。

對(duì)比例2

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理，獲得預(yù)處理鑄鐵缸套A；

(2)將10Kg A356鋁硅合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至750℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr中間合金攪拌5min后保溫，獲得熱浸鍍材料B；

(3)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料C；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套A完全浸入步驟(2)中的熱浸鍍材料B中，保持10分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成熱浸鍍，獲得熱浸鍍缸套D；

(5)將步驟(4)獲得熱浸鍍缸套D迅速固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(3)獲得的缸體材料C按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E；

(6)將步驟(5)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E在500℃下進(jìn)行固溶處理5h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理5h，空冷至室溫,獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F。

對(duì)比例3

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理，獲得預(yù)處理鑄鐵缸套A；

(2)將10Kg A356鋁硅合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至800℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr中間合金攪拌5min后保溫，獲得熱浸鍍材料B；

(3)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料C；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套A完全浸入步驟(2)中的熱浸鍍材料B中，保持10分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成熱浸鍍，獲得熱浸鍍缸套D；

(5)將步驟(4)獲得熱浸鍍缸套D迅速固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(3)獲得的缸體材料C按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E；

(6)將步驟(5)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E在500℃下進(jìn)行固溶處理5h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理5h，空冷至室溫,獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F。

對(duì)比例4

(1)將灰鑄鐵缸套表面除油、除銹、干燥處理，獲得預(yù)處理鑄鐵缸套A；

(2)將10Kg A356鋁硅合金裝入坩堝電阻爐中，熔化升溫至850℃，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后加入50g C 2Cl 6攪拌5min，進(jìn)行精煉熔體，精煉完成后加入20gAl-5Ti-B、20gAl-10Sr中間合金攪拌5min后保溫，獲得熱浸鍍材料B；

(3)將一定重量A356鋁硅合金熔化變溫至720℃，向其中加入A356鋁硅合金重量0.5wt.％的C 2Cl 6攪拌5min，精煉熔體，精煉完成后加入A356鋁硅合金重量0.2wt.％的Al-5Ti-B和0.2wt.％Al-10Sr中間合金，對(duì)合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理并保溫，完成缸體合金材料熔煉，獲得缸體材料C；

(4)將步驟(1)獲得的灰鑄鐵缸套A完全浸入步驟(2)中的熱浸鍍材料B中，保持10分鐘，而后以1.5m/min的速度勻速提拉出，完成熱浸鍍，獲得熱浸鍍缸套D；

(5)將步驟(4)獲得熱浸鍍缸套D迅速固定在樹脂砂鑄型內(nèi)，將步驟(3)獲得的缸體材料C按重力鑄造方法澆入鑄型，完成復(fù)合鑄造成型，獲得鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E；

(6)將步驟(5)獲得的鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體E在500℃下進(jìn)行固溶處理5h，空冷至室溫，然后在180℃下時(shí)效處理5h，空冷至室溫,獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體F。

圖1給出了實(shí)施例1中，步驟(5)獲得的二次熱浸鍍缸套表面浸鍍層微觀組織。可以看出二次熱浸鍍層是一種多層結(jié)構(gòu)。在緊鄰鑄鐵缸套表面是一層Fe-Al-Si金屬間化合物層，厚度約5μm，膜層完整，內(nèi)部無裂紋，與鑄鐵基體結(jié)合良好。在Fe-Al-Si金屬間化合物層外側(cè)是一次熱浸鍍形成的鋁硅合金層，厚度約為40μm，膜層完整，內(nèi)部無裂紋，與Fe-Al-Si金屬間化合物層緊密結(jié)合。在鋁硅合金層外是二次熱浸鍍形成的鋅鋁合金層，厚度約120μm，膜層結(jié)構(gòu)完整，無裂紋，無氣泡，與鋁硅合金層結(jié)合緊密，鋅鋁合金層內(nèi)鋅元素含量從膜層內(nèi)部到外部逐漸升高，外表面具有極高的鋅含量。

圖2給出了實(shí)施例1-4中，步驟(8)獲得的熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體復(fù)合鑄造界面Fe-Al-Si金屬間化合物層的厚度分布。圖中可見，F(xiàn)e-Al-Si金屬間化合物層的厚度在5-10μm之間，當(dāng)溫度從690℃增至800℃隨著一次熱浸鍍的溫度增加，層厚略有增長，800℃-850℃區(qū)間內(nèi)，化合物層厚增加并不明顯，由此可以說明，本發(fā)明通過缸套旋轉(zhuǎn)，浸鍍時(shí)間和溫度及一次浸鍍材料成分等參數(shù)的協(xié)同作用調(diào)整化合物層生長的厚度，本化合物層形狀規(guī)則，無尖銳突起，改善了化合物層的強(qiáng)韌性，有效避免了復(fù)合鑄造和后續(xù)熱處理過程中鍍層開裂問題。

圖3是實(shí)施例1中，步驟(8)獲得的熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體復(fù)合鑄造界面微觀組織?？梢婅T鐵缸套與鋁合金缸體界面無裂紋，無氣泡，無夾雜，實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合；對(duì)比圖1，熱浸鍍層中原有的鋁硅合金層和鋁鋅合金層在復(fù)合鑄造過程中完全與缸體材料熔合，完全消除了致密氧化鋁層對(duì)界面結(jié)合過程的破壞性作用，說明本發(fā)明中的二次熱浸鍍缸套在較長時(shí)間放置后且不預(yù)熱條件下熱浸鍍層外表面與缸體材料能夠?qū)崿F(xiàn)完全熔合。緊鄰鑄鐵缸套表面的Fe-Al-Si金屬間化合物層沒有明顯變化，它與鑄鐵缸套和鋁合金缸體緊密結(jié)合。

圖4是實(shí)施例1-4中，步驟(8)獲得熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體界面剪切應(yīng)力強(qiáng)度。熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體結(jié)合界面剪切強(qiáng)度在54MPa-63MPa左右，與鑄態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體相比，熱處理態(tài)結(jié)合界面剪切強(qiáng)度沒有顯著變化，依然能夠保持高剪切強(qiáng)度，由此說明本發(fā)明通過合金組分以及工藝的協(xié)同作用使得內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體界面結(jié)構(gòu)在熱處理?xiàng)l件下性能依舊能夠保持穩(wěn)定，由此說明本發(fā)明的缸套和缸體結(jié)合十分緊密，克服了機(jī)械壓入裝配和傳統(tǒng)熱浸鍍復(fù)合鑄造技術(shù)界面結(jié)合強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和穩(wěn)定性。

圖5是對(duì)比例1-4中，步驟(6)獲得經(jīng)一次熱浸鍍熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體界面剪切應(yīng)力強(qiáng)度。熱處理態(tài)結(jié)合界面強(qiáng)度在16-26MPa之間，與實(shí)施例1-4相比，界面結(jié)合強(qiáng)度明顯降低，本發(fā)明的熱處理態(tài)內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體界面結(jié)合強(qiáng)度也是由一次熱浸鍍工藝決定的，但獲得的熱處理態(tài)的界面結(jié)合強(qiáng)度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)比例1-4的強(qiáng)度，主要是因?yàn)楸景l(fā)明的界面剪切強(qiáng)度是由缸套旋轉(zhuǎn)，浸鍍時(shí)間和溫度及一次浸鍍材料成分等多參數(shù)的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)的，而不是由單一因素和成分決定的。

綜上：本發(fā)明通過材料成分以及工藝的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了化合物層生長厚度的可控、完全消除致密氧化鋁層對(duì)界面結(jié)合過程的破壞性作用，使得缸體和缸套無縫結(jié)合。在省略澆鑄前預(yù)熱情況下，二次熱鍍后的鑄鐵缸套在室溫條件既可以馬上澆鑄也可以放置48小時(shí)后澆鑄依然能保持缸套和缸體的緊密結(jié)合，并且在熱處理后依舊能保持界面的高剪切強(qiáng)度等優(yōu)異性能，有效改善了化合物層的強(qiáng)韌性，有效避免了復(fù)合鑄造和后續(xù)熱處理過程中鍍層開裂問題。本發(fā)明簡化了工藝流程、節(jié)約了成本，適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

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二次熱浸鍍內(nèi)嵌灰鑄鐵缸套鋁合金缸體及其鑄造方法.pdf