防止FL912气缸盖淬裂的工艺探讨

作者：信息来源:模具 2008-5-10

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众所周知，对一个完整的固溶处理过程来讲，加热保温阶段至关重要，但冷却阶段更是不容忽视，特别是形状复杂、壁厚差大而易淬裂的气缸盖。固溶处理时的冷却介质温度的高低，对气缸盖淬火后的质量有很大的影响。本文就FL912气缸盖固溶处理时冷却阶段的工艺参数调整进行分析...

众所周知，对一个完整的固溶处理过程来讲，加热保温阶段至关重要，但冷却阶段更不容忽视，特别是形状复杂、壁厚差大而易淬裂的气缸盖。固溶处理时的冷却介质温度的高低，对气缸盖淬火后的质量有很大的影响。本文就FL912气缸盖固溶处理时冷却阶段的工艺数调整进行分析，并结合现场操作经验，提出关于气缸盖固溶处理时防止其淬裂的方法：调节水温、水中停留时间及冷却方式。
1　FL912气缸盖热处理工艺及所存在的质量问题

　　气缸盖的化学成分w(%)为：1.3～1.7Si,4.3～5.0Mg，0.65～0.9Mn，0.7～1.0Cu，Fe＜0.3，Ti、Be、Zn微量，其余Al。要求σb＞235 MPa，硬度＞80HB。气缸盖的外型结构(上端面)及易产生裂纹处如图1所示。

图1　FL912气缸盖的外型结构(上端面)及易产生裂纹处
1-小防裂片；2-鼻梁区；3-防裂片(延伸到进、排气孔)；4-散热片

原热处理工艺为：固溶处理：(500±5)℃×5 h，淬火水温＞98℃，水中停留25 s，出水后空冷；时效处理：(200±5)℃×6 h，空冷。
　　采用原工艺进行固溶处理，硬度＜80HB占50%，淬裂比例为20%，淬裂部位如图1中的1、2、3处。可见，原工艺存在两个质量问题：一是硬度不够，二是有淬裂现象。

2　试验结果及分析

　　水的温度变化对水的冷却能力有明显的影响，水温升高，水的冷却能力降低，但降低的程度不尽相同，即蒸气膜阶段的时间相对延，而沸腾阶段的冷却速度仍很大，此时工件淬裂的可能性很大。如把缸盖淬入60℃以下的水中3～5 s即可产生裂纹；放在80℃的水中9～10 s即裂，整个缸盖既未起到固溶作用而缸盖易裂处又已经淬裂了；在90℃的水温中，气缸盖大约在15 s时开始产生裂纹。依此类推，我们在T_固=(500±5)℃×5 h，T_时效=(200±5)℃×6 h不变的情况下做了相关工艺参数变化的试验，结果如表1。

表1　FL1912气缸盖固溶处理试验数据

装炉
量冷却
水温水冷
时间出水后冷却方式淬裂
数HBσ_b
(MPa)12只92℃30s空　冷10只9526112只94℃20s空　冷8只9026012只93℃18s入220℃炉中随炉冷至180℃后空冷无88.526010只92℃15s入220℃炉中随炉冷至150℃后空冷1只89.525610只97℃19s入220℃炉中随炉冷至150℃后空冷无8023912只98℃18s入220℃炉中随炉冷至150℃后空冷无8224112只92℃18s入220℃炉中随炉冷至150℃后空冷无8726015只95℃17s入220℃炉中随炉冷至150℃后空冷无8826615只98℃19s入220℃炉中随炉冷至150℃后空冷无81240

　　通过表1的实验数据，具体分析如下：
　　(1)水温太高，冷却能力太低，不能抑制材料中合金元素的重新析出，从而不能形成一个较好的过饱和固溶体组织，则固溶质量不好，使得在时效过程中不能析出分布均匀的强化相，造成硬度相对偏低。而且水温加热到98℃以上，既困难又耗电。
　　(2)水温太低，冷却能力增强，固溶质量提高，同时缸盖冷却时产生的热应力增大，裂纹产生的可能性增大。
　　(3)工装搅拌和介质循环配合使用，使工件表面能均匀地得到冷却水介质的冲刷，冷却效果好，对消除软点，减少变形开裂有良好的作用，有利于气缸盖固溶效果的提高。
　　(4)气缸盖出水后，不直接在空气中冷却，而是放入200～220℃保温炉中，随炉冷至150℃出炉，使气缸盖本身的热量缓慢散发，热应力不急速产生，从而进一步控制裂纹的产生。
　　根据现场实验和分析，得出以下适合FL912气缸盖的热处理工艺，并经实践证明是有效的。
　　固溶处理：(500±5)℃×5～5.5 h，冷却水温度控制在92～98℃，出炉到入水时间9～13 s，水中停留时间17～19 s，出水后立即转到200～220℃保温炉内，随炉冷却到150℃后，出炉空冷10～15 min，入回火炉进行时效处理。
　　时效处理：(200±5)℃×5 h，空冷。

3　气缸盖热处理时应注意事项

　　(1)气缸盖装筐时，应逐个检查是否有铸造裂纹；(2)把易产生裂纹的一面朝上，缸盖间隔有距，易冷却均匀；(3)出炉后缸盖淬入水中时，吊车应上下起动，使缸盖均匀冷却；(4)缸盖在水中或出水后，应侧耳倾听是否有淬裂的响声，若有要适当调高一下冷却水温或缩短淬入水中的时间。■

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