CN101381838A

CN101381838A - 蠕墨铸铁气缸套及其制备方法

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Publication number: CN101381838A
Application number: CNA2008102304716A
Authority: CN
Inventors: 徐超; 赵广华; 侯起飞; 秦小才; 殷建祥
Original assignee: ZYNP Corp
Current assignee: ZYNP Corp
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2009-03-11

Abstract

本发明涉及一种蠕墨铸铁气缸套及其制备方法。所述蠕墨铸铁气缸套的化学成分按重量比计如下：碳3.4－3.8％，硫≤0.05％，硅1.8－2.6％，磷≤0.50％，锰0.5－1.0％，铬0.2－0.5％，铜0.2－0.5％，余量为Fe。本发明的蠕墨铸铁气缸套具有良好的减磨性能、高的抗拉强度、疲劳强度，性能优于现有合金灰铸铁气缸套，完全能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命大功率内燃机的要求，同时生产成本降低，性价比高，制备工艺简单。

Description

蠕墨铸铁气缸套及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种蠕墨铸铁气缸套及其制备方法。

(二)背景技术

目前，社会上在使用的气缸套多采用低的碳当量、加入较多的合金元素，依靠合金强化来满足强度和耐磨性，如磷合金气缸套、硼合金气缸套、钼镍铜合金气缸套等，这些材质抗拉强度一般为200-300MPa，硬度为210-280HB，强度和耐磨性较差，往往不能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命内燃机的要求。虽然现有机械性能和耐磨性较好的贝氏体灰铸铁气缸套，但其加入高含量的镍钼元素且等温淬火工艺复杂，导致该种气缸套生产成本高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种蠕墨铸铁气缸套及其制备方法，所述蠕墨铸铁气缸套可以很好的满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命内燃机的要求，且成本低、制备工艺简单。

本发明采用的技术方案如下：

蠕墨铸铁气缸套，其化学成分按重量比计如下：碳3.4-3.8％，硫≤0.05％，硅1.8-2.6％，磷≤0.50％，锰0.5-1.0％，铬0.2-0.5％，铜0.2-0.5，余量为Fe。

进一步，所述化学成分按重量比计如下：碳3.5-3.8％，硫≤0.05％，硅1.8-2.6％，磷0.2-0.4％，锰0.6-0.65％，铬0.2-0.3％，铜0.25-0.4％，余量为Fe。

现有大部分的气缸套都是采用灰口铸铁，由于灰口铸铁中的片状石墨其尖端部尖锐，割裂基体严重，在承受负荷时，尖端部易产生应力集中，使铸铁强度和韧性下降。蠕墨铸铁其石墨形态短而厚，端部圆滑，分布均匀，能抑制裂纹的发生和扩展，且粗糙的表面能限制石墨脱落。蠕墨的共晶团下的凹面可以储油，从而使蠕墨铸铁具有良好的减磨性能，蠕墨的形态和灰铸铁相比，能大大提高抗拉强度、疲劳强度、耐磨性能。蠕墨铸铁气缸套中以上化学成分含量的控制是本发明的重点，汽缸套中还含有一些可忽略不计的微量成分，是在蠕化过程中加入进去的，只需要控制孕育剂和蠕化剂的添加量即可。采用本发明所述的化学组成的蠕墨铸铁气缸套工作表面硬度为260～320HB，抗拉强度σ_b为430～520MPa，符合高强度和高耐磨性要求，且成本相对较低，完全能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命大功率内燃机的要求。

本发明蠕墨铸铁气缸套中各主要化学成分可以起到以下作用：

1.碳、硅

碳控制在3.4～3.8％，硅控制在1.8～2.6％；保证碳当量控制在4.4-4.7％，保证铁水具有良好的流动性；C低易产生白口、麻口，C高易产生石墨漂浮，硅高不易控制铁素体的数量。

2.锰和铬

对于蠕墨铸铁缸套，主要发挥它的高强度和高耐磨性能。故要求缸套的显微组织应为珠光体基体，尽量减少铁素体数量，稳定珠光体元素应适当增加，加入适量的锰和铬元素，可以控制铁素体的数量，又不太增加铁水的过冷度。

3.铜

铜在铁液一次结晶时有中等石墨化作用，降低白口倾向，同时有细化珠光体基体的作用。

4.磷、硫

一般生产蠕墨铸铁时认为P元素是有害元素，一般将P控制在0.08％以下，因为磷形成磷共晶后，降低了冲击韧性，脆性增加，但对于缸套来说，提高缸套的耐磨性是主要的，呈网状结构的磷共晶不仅提高了缸套硬度，更有利于提高缸套的耐磨性，并且磷可以降低液相线温度，提高铁水的流动性，减少铁水的白口倾向，同时它对石墨蠕化影响不大，故将P控制在0.20％-0.40％之间。

S是蠕墨铸铁生产中最为有害的元素，原铁液中S含量越高，消耗的蠕化剂越多，形成的硫化物夹渣也越多，不但不易保证石墨的蠕化，而且容易使铸件产生夹渣缺陷，故最关键要保证硫含量低，且含量稳定。

另外由于氧同硫一样，极易与蠕化剂反应，影响蠕化效果，因此生产过程中，应尽量控制铁水氧化，尽可能避免铁水吸氧。

本发明还提供了一种制备上述蠕墨铸铁气缸套的方法，具体按如下步骤进行：先按照如下重量百分比进行配料：碳3.4-3.8％，硫≤0.05％，硅1.2-1.6％，磷0.2-0.4％，锰0.5-1.0％，铬0.2-0.5％，铜0.2-0.5％，余量为Fe；用变频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1400-1500℃；出炉前对铁水进行碳当量分析，控制碳当量在4.4-4.7％；出火时向火包依次加入铁液质量的0.6-0.8％的硅钡孕育剂和0.3-0.5％的稀土硅铁镁合金蠕化剂，采用冲入法顺流冲入火包中；最后采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。

较好的，按照如下重量百分比进行配料：碳3.5-3.8％，硫≤0.05％，硅1.2-1.5％，磷0.3-0.4％，锰0.6-0.65％，铬0.2-0.3％，铜0.3-0.4％，余量为Fe。

制备采用感应电炉熔炼，控制铁液出炉温度为1400-1500℃；孕育采用顺流孕育，蠕化要掌握时机，温度控制在1350℃左右，不易过高过低；蠕化后迅速除渣和浇铸，防止蠕化剂烧损失效。成型采用金属型离心铸造，控制转速为1400-1500rad/min，采用的湿式涂料厚度控制在2-3mm，模具温度控制在420-480℃。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明的蠕墨铸铁气缸套具有良好的减磨性能、高的抗拉强度、疲劳强度，性能优于现有合金灰铸铁气缸套，完全能满足当代高速、高强化、高性能、低排放、长寿命大功率内燃机的要求，同时生产成本降低，性价比高，制备工艺简单。

(四)附图说明

图1为实施例1得到的气缸套石墨的金相图；

图2为实施例1得到的气缸套基体的金相图。

(五)具体实施方式：

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

按照各化学成分重量百分含量为：碳3.75％，硫≤0.05％，硅1.5％，磷0.35％，锰0.6％，铬0.35％，铜0.4％，余量为Fe进行配料。用变频感应电炉熔炼铁液，炉前分析碳当量在4.58，在出火时顺流向火包冲入铁液质量0.6％的硅钡孕育剂孕育和0.4％的稀土硅铁镁合金蠕化剂进行蠕化，出火温度为1432℃铁液出炉；用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。涂料厚度2mm左右、模温441℃，得到蠕墨铸铁气缸套，其化学组成为碳3.78％，硫≤0.05％，硅2.28％，磷0.35％，锰0.6％，铬0.36％，铜0.38％，余量为Fe。其抗拉强度为433MPa，硬度为288HB。

实施例2

按照各化学成分重量百分含量为：碳3.7％，硫≤0.05％，硅1.4％，磷0.3％，锰0.65％，铬0.3％，铜0.35％，余量为Fe进行配料。用变频感应电炉熔炼铁液，炉前分析碳当量在4.51，在出火时顺流向火包冲入铁液质量0.65％的硅钡孕育剂孕育和0.4％的稀土硅铁镁合金蠕化剂进行蠕化，控制温度为1440℃铁液出炉；用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。涂料厚度2mm左右、模温454℃，得到蠕墨铸铁气缸套，其化学组成为碳3.75％，硫≤0.05％，硅2.08％，磷0.3％，锰0.61％，铬0.3％，铜0.34％，余量为Fe；其抗拉强度为443MPa，硬度为272HB。

实施例3

按照各化学成分重量百分含量为：碳3.6％，硫≤0.05％，硅1.35％，磷0.25％，锰0.75％，铬0.25％，铜0.4％，余量为Fe进行配料。用变频感应电炉熔炼铁液，炉前分析碳当量在4.43，在出火时顺流向火包冲入铁液质量0.7％的硅钡孕育剂孕育和0.5％的稀土硅铁镁合金蠕化剂进行蠕化，温度为1450℃铁液出炉；用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。涂料厚度2mm左右、模温462℃，得到蠕墨铸铁气缸套，其化学组成为碳3.7％，硫≤0.05％，硅1.85％，磷0.25％，锰0.75％，铬0.27％，铜0.38％，余量为Fe；其抗拉强度为476MPa，硬度为287HB。

实施例4

按照各化学成分重量百分含量为：碳3.55％，硫≤0.05％，硅1.25％，磷0.25％，锰0.7％，铬0.3％，铜0.4％，余量为Fe进行配料。用变频感应电炉熔炼铁液，炉前分析碳当量在4.57，在出火时顺流向火包冲入铁液质量0.75％的硅钡孕育剂孕育和0.5％的稀土硅铁镁合金蠕化剂进行蠕化，温度为1450℃铁液出炉；用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。涂料厚度2mm左右、模温455℃，得到蠕墨铸铁气缸套，其化学组成为碳3.57％，硫≤0.05％，硅1.81％，磷0.25％，锰0.68％，铬0.29％，铜0.35％，余量为Fe。其抗拉强度为503MPa，硬度为296HB。

Claims

1.蠕墨铸铁气缸套，其特征在于所述蠕墨铸铁气缸套的化学成分按重量比计如下:碳3.4-3.8％，硫≤0.05％，硅1.8-2.6％，磷≤0.50％，锰0.5-1.0％，铬0.2-0.5％，铜0.2-0.5％，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的蠕墨铸铁气缸套，其特征在于所述化学成分组成如下:碳3.5-3.8％，硫≤0.05％，硅1.8-2.6％，磷0.2-0.4％，锰0.6-0.65％，铬0.2-0.3％，铜0.25-0.4％，余量为Fe。

3.如权利要求1所述的蠕墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于按照如下重量百分比进行配料:碳3.4-3.8％，硫≤0.05％，硅1.2-1.6％，磷0.2-0.4％，锰0.5-1.0％，铬0.2-0.5％，铜0.2-0.5％，余量为Fe；用变频感应电炉熔炼配料，控制铁液出炉温度为1400-1500℃；出炉前对铁水进行碳当量分析，控制碳当量在4.4-4.7％；出火时向火包依次加入铁液质量的0.6-0.8％的硅钡孕育剂和0.3-0.5％的稀土硅铁镁合金蠕化剂，采用冲入法顺流冲入火包中；最后采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套铸件。

4.如权利要求3所述的蠕墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于按照如下重量百分比进行配料:碳3.5-3.8％，硫≤0.05％，硅1.2-1.5％，磷0.3-0.4％，锰0.6-0.65％，铬0.2-0.3％，铜0.3-0.4％，余量为Fe。

5.如权利要求3或4所述的蠕墨铸铁气缸套的制备方法，其特征在于所述金属型湿涂料离心铸造常规工艺，采用湿式涂料的厚度控制在2-3mm，模具温度控制在420-480℃。