高强度耐腐刹车助力真空泵壳体的铸造方法技术领域
本发明涉及一种刹车助力真空泵的铸造方法，具体涉及一种强度高、耐腐蚀性强的刹车助力真空泵壳体的铸造方法。
背景技术
目前的刹车助力真空泵壳体大多都是通过铝合金压铸件采用浇注方法制造，但是刹车助力真空泵壳体铸件的结构相对较复杂、壳体壁的厚度不均匀，在浇注过程中熔融金属注射进入铸膜空腔时会出现卷入空气、熔融金属浇铸不足；因此汽车刹车助力真空泵壳体采用铝合金压铸件进行制造时，会经常容易出现气孔、缩孔、渗漏等缺陷；并且制造出来的产品次品率高、原材料和能源浪费严重、生产效率低，导致生产成本高；同时所得壳体的耐磨性、抗腐蚀性较差、热膨胀系数较高；此外，目前的铸造方法工艺复杂、产品质量不容易控制、压力控制不合理。如果使用了较差的耐磨性以及抗腐蚀性这类影响到行车安全的问题缺陷汽车刹车助力真空泵壳体，那么很容易导致安全事故的发生。
发明内容
针对上述问题并做出改进，本发明提供一种高强度耐腐刹车助力真空泵壳体的铸造方法，该方法通过改进原料的元素配比以及工艺流程，有效提高了本发明的耐磨性以及抗腐蚀性。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种高强度耐腐刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）烘干预热：
将熔炼工具以及熔炼设备表面残留的涂料以及锈迹去除，将熔炼设备升温至300-350℃，保温0.5小时，之后将温度按不大于10℃/分钟的速度升至350-400℃，同时在熔炼设备内部表面均匀喷涂一层保护涂料，然后按不小于40℃/分钟的速度将温度升至550-650℃，保温1-1.5小时；保温同时将待处理的工业添加剂进行脱水烘干，之后按不高于5℃/分钟的速度将其升温至80-130℃，并且保温0.5-1小时。
（2）原料熔炼：
按照给定的成分重量配比对原料进行配制，加入感应熔炼炉中，升温至1500-1600℃，待原料完全融化后加入15-25%工业添加剂、向炉内充入惰性气体、并采用旋转除气法减少合金液体中的气体含量。
（3）炉内精炼：
向熔炉内加入覆盖剂进行覆盖并开始搅拌，对成分进行微调；之后进行扒渣，加入精炼剂经过精炼除气同时加入造渣剂，并且搅拌均匀，静置；静置后再进行扒渣处理，检验精炼效果。
（4）重复精炼：
重复步骤（3）对炉内合金液进行精炼，直到炉内成分配比在最佳成分配比范围内，得到优质合金液。
（5）炉外精炼：
将得到的优质合金液在真空、惰性气体或者还原性气氛的容器中进一步进行脱气脱氧，最大限度去除夹杂物。
（6）铸造设备预热：
对铸造机进行调试准备，将升液管升温至180-220℃进行预热，并安装到保温炉上；同时将模具升温至250-300℃进行预热，对模具型腔喷刷涂料，最后进行合模。
（7）不等压铸造：
将优质合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.85-1.05Mpa，同步压力为0.65-0.75Mpa，升液速度为62-65mm/s，充型速度为58-70mm/s，增压速度为95-105mm/s，结晶增压压力为0.005-0.015Mpa；
注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.12-0.15Mpa，充型压力为0.12-0.15Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为4-6分钟；
将优质合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为15-25s，保压时间为75-105s，最后进行卸压，取出铸件。
（8）铸件检验：
通过实验对刹车助力真空泵壳体进行强度、耐磨性以及气密性进行检测。
反复重复步骤（3）是为了将炉内的H含量降到最低，消除经常容易出现的气孔、缩孔、渗漏等问题缺陷。
步骤（7）中利用不等压铸造，采用合理的参数设定和步骤使得通过本发明提供的技术方案制造出来的产品与现有技术制造的产品相比，拥有更强的热补缩能力。同时使合金液在压力差的作用下凝固结晶，经微观研究：铸件的组织疏松显著降低、组织更加致密、并且力学性能得到了显著提高。
作为优选，步骤（2）中给定的成分重量配比为纯铝：60-65%，固体硅：10-15%，其余为铬镍钼钢。
铝的热膨胀系数极低，并且密度小质量轻；硅在贝氏体转变过程中具有强烈抑制碳化物析出特点，并稳定和细化奥氏体，除了能够提高合金的淬透性、耐磨性以及屈服强度外，还能保持良好的冲击韧性和断裂韧性；铬镍钼钢中：铬具有优秀的防腐蚀与防氧化功能，并且热强度高以及抗磨损；镍能够使合金具有高韧性，能够将由于强烈的碰撞带来壳体的损伤降至最低；钼能够增加合金的强度，同时又不降低合金的可塑性和韧性。
作为优选，步骤（2）中所述工业添加剂为含Cr量为65%的工业用Cr添加剂；所述惰性气体为Ar、N2或者He；所述旋转除气法通过氩气旋吹机SG-III来实施。
作为优选，步骤（3）中所述覆盖剂的成分以及各成分的质量百分比为：CaO：10-20%，Al2O3：10-25%，SiO2:35-45%，其余为C；所述精炼剂为氮氯混合气体精炼剂、惰性气体精炼剂或者三气体精炼剂；所述造渣剂为转炉低碳造渣剂或者低碳埋弧造渣剂。
作为优选，步骤（4）中的最佳成分配比范围为：Al：65-70%，Si：15-20%，Cr：10.5-13%，Mo：3-4.5%，Ni：0.5-1.5%，其余为合金钢元素，并且H<0.005%。
作为优选，步骤（7）中的实验包括碰撞、摩擦实验以及水试。
本发明与传统的制造工艺相比，增加了脱气脱氢以及配比、参数设定等工艺流程，因此通过本发明制造的产品不易出现气孔、缩孔等问题缺陷，产品性能优秀、并且产品质量可控。
附图说明
图1、使用常规方法制造的真空泵壳体组织的微观图片；
图2、使用本发明制造步骤以及参数设定制造出的真空泵壳体组织的微观图片；
图3、使用本发明制造步骤以及参数设定制造出的真空泵壳体进行组织拉伸试验后的断口图片。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种高强度耐腐刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）烘干预热：
将熔炼工具以及熔炼设备表面残留的涂料以及锈迹去除，将熔炼设备升温至300℃，保温0.5小时，之后将温度按5℃/分钟的速度升至350℃，同时在熔炼设备内部表面均匀喷涂一层保护涂料，然后按40℃/分钟的速度将温度升至550℃，保温1小时；保温同时将待处理的工业添加剂进行脱水烘干，之后按不高于3℃/分钟的速度将其升温至80℃，并且保温0.5小时。
（2）原料熔炼：
按照纯铝：60%，固体硅：10%，其余为铬镍钼钢的成分重量配比对原料进行配制，加入感应熔炼炉中，升温至1500℃，待原料完全融化后加入15%含Cr量为65%的工业用Cr添加剂、向炉内充入Ar，并通过氩气旋吹机SG-III采用旋转除气法减少合金液体中的气体含量。
（3）炉内精炼：
向熔炉内加入覆盖剂进行覆盖并开始搅拌，对成分进行微调；之后进行扒渣，加入精炼剂经过精炼除气同时加入造渣剂，并且搅拌均匀，静置；静置后再进行扒渣处理，检验精炼效果。其中覆盖剂的成分以及各成分的质量百分比为：CaO：10%，Al2O3：25%，SiO2:35%，其余为C；精炼剂为氮氯混合气体精炼剂；造渣剂为转炉低碳造渣剂。
（4）重复精炼：
重复步骤（3）对炉内合金液进行精炼，直到炉内成分配比在Al：65%，Si：15%，Cr：13%，Mo：3%，Ni：0.5%，其余为合金钢元素，并且H<0.005%内，得到优质合金液。
（5）炉外精炼：
将得到的优质合金液在真空、惰性气体或者还原性气氛的容器中进一步进行脱气脱氧，最大限度去除夹杂物。
（6）铸造设备预热：
对铸造机进行调试准备，将升液管升温至180℃进行预热，并安装到保温炉上；同时将模具升温至250℃进行预热，对模具型腔喷刷涂料，最后进行合模。
（7）不等压铸造：
将优质合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.85Mpa，同步压力为0.65Mpa，升液速度为62mm/s，充型速度为58mm/s，增压速度为95mm/s，结晶增压压力为0.005Mpa；
注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.12Mpa，充型压力为0.12Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为4分钟；
将优质合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为15s，保压时间为75s，最后进行卸压，取出铸件。
（8）铸件检验：
通过碰撞、摩擦实验以及水试对刹车助力真空泵壳体进行强度、耐磨性以及气密性进行检测。
通过现有方法制造出的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为300Mpa，屈服强度为220Mpa，延伸率为6.5%。通过上述步骤以及参数设定制造出的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为325Mpa，提升约8%；屈服强度为235Mpa，提升约6.8%；延伸率为9%，提升约38%。
实施例2
一种高强度耐腐刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）烘干预热：
将熔炼工具以及熔炼设备表面残留的涂料以及锈迹去除，将熔炼设备升温至325℃，保温0.5小时，之后将温度按8℃/分钟的速度升至375℃，同时在熔炼设备内部表面均匀喷涂一层保护涂料，然后按45℃/分钟的速度将温度升至600℃，保温1.2小时；保温同时将待处理的工业添加剂进行脱水烘干，之后按4℃/分钟的速度将其升温至105℃，并且保温0.75小时。
（2）原料熔炼：
按照纯铝：62%，固体硅：13%，其余为铬镍钼钢的成分重量配比对原料进行配制，加入感应熔炼炉中，升温至1560℃，待原料完全融化后加入18%含Cr量为65%的工业用Cr添加剂、向炉内充入N2，并通过氩气旋吹机SG-III采用旋转除气法减少合金液体中的气体含量。
（3）炉内精炼：
向熔炉内加入覆盖剂进行覆盖并开始搅拌，对成分进行微调；之后进行扒渣，加入精炼剂经过精炼除气同时加入造渣剂，并且搅拌均匀，静置；静置后再进行扒渣处理，检验精炼效果。其中覆盖剂的成分以及各成分的质量百分比为：CaO：15%，Al2O3：10%，SiO2:45%，其余为C；精炼剂为惰性气体精炼剂；造渣剂为低碳埋弧造渣剂。
（4）重复精炼：
重复步骤（3）对炉内合金液进行精炼，直到炉内成分配比在Al：67%，Si：16%，Cr：12.5%，Mo：4.5%，Ni：0.5%，其余为合金钢元素，并且H<0.005%内，得到优质合金液。
（5）炉外精炼：
将得到的优质合金液在真空、惰性气体或者还原性气氛的容器中进一步进行脱气脱氧，最大限度去除夹杂物。
（6）铸造设备预热：
对铸造机进行调试准备，将升液管升温至200℃进行预热，并安装到保温炉上；同时将模具升温至260℃进行预热，对模具型腔喷刷涂料，最后进行合模。
（7）不等压铸造：
将优质合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为1Mpa，同步压力为0.7Mpa，升液速度为64mm/s，充型速度为65mm/s，增压速度为100mm/s，结晶增压压力为0.01Mpa；
注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.13Mpa，充型压力为0.14Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为5分钟；
将优质合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为20s，保压时间为90s，最后进行卸压，取出铸件。
（8）铸件检验：
通过碰撞、摩擦实验以及水试对刹车助力真空泵壳体进行强度、耐磨性以及气密性进行检测。
通过现有方法制造出的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为300Mpa，屈服强度为220Mpa，延伸率为6.5%。通过上述步骤以及参数设定制造出的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为346Mpa，提升约15%；屈服强度为245Mpa，提升约11%；延伸率为9.5%，提升约为46%。
实施例3
一种高强度耐腐刹车助力真空泵壳体的铸造方法，具体步骤如下：
（1）烘干预热：
将熔炼工具以及熔炼设备表面残留的涂料以及锈迹去除，将熔炼设备升温至350℃，保温0.5小时，之后将温度10℃/分钟的速度升至400℃，同时在熔炼设备内部表面均匀喷涂一层保护涂料，然后按50℃/分钟的速度将温度升至650℃，保温1.5小时；保温同时将待处理的工业添加剂进行脱水烘干，之后按5℃/分钟的速度将其升温至130℃，并且保温1小时。
（2）原料熔炼：
按照纯铝：65%，固体硅：15%，其余为铬镍钼钢的成分重量配比对原料进行配制，加入感应熔炼炉中，升温至1600℃，待原料完全融化后加入25%含Cr量为65%的工业用Cr添加剂、向炉内充入He，并通过氩气旋吹机SG-III采用旋转除气法减少合金液体中的气体含量。
（3）炉内精炼：
向熔炉内加入覆盖剂进行覆盖并开始搅拌，对成分进行微调；之后进行扒渣，加入精炼剂经过精炼除气同时加入造渣剂，并且搅拌均匀，静置；静置后再进行扒渣处理，检验精炼效果。其中覆盖剂的成分以及各成分的质量百分比为：CaO：20%，Al2O3：15%，SiO2:39%，其余为C；精炼剂为三气体精炼剂；造渣剂为转炉低碳造渣剂。
（4）重复精炼：
重复步骤（3）对炉内合金液进行精炼，直到炉内成分配比在Al：70%，Si：15%，Cr：11%，Mo：3%，Ni：0.5%，其余为合金钢元素，并且H<0.005%内，得到优质合金液。
（5）炉外精炼：
将得到的优质合金液在真空、惰性气体或者还原性气氛的容器中进一步进行脱气脱氧，最大限度去除夹杂物。
（6）铸造设备预热：
对铸造机进行调试准备，将升液管升温至220℃进行预热，并安装到保温炉上；同时将模具升温至300℃进行预热，对模具型腔喷刷涂料，最后进行合模。
（7）不等压铸造：
将优质合金液注入铸造保温坩埚，同时设定不等压铸造工艺参数：气源压力为1.05Mpa，同步压力为0.75Mpa，升液速度为65mm/s，充型速度为70mm/s，增压速度为105mm/s，结晶增压压力为0.015Mpa；
注入模具进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.15Mpa，充型压力为0.15Mpa，下工作罐内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为6分钟；
将优质合金液平稳注入模具中，并在不等压的作用下凝固结晶形成铸件，结晶时长为25s，保压时间为105s，最后进行卸压，取出铸件。
（8）铸件检验：
通过碰撞、摩擦实验以及水试对刹车助力真空泵壳体进行强度、耐磨性以及气密性进行检测。
通过现有方法制造出的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为300Mpa，屈服强度为220Mpa，延伸率为6.5%。通过上述步骤以及参数设定制造出的刹车助力真空泵壳体的抗拉强度为342Mpa，提升约为14%；屈服强度为240Mpa，提升约为9.1%；延伸率为9.2%，提升约为41%。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。