CN101701313A

CN101701313A - 用于铝活塞镶圈的铸铁材料

Info

Publication number: CN101701313A
Application number: CN200910230016A
Authority: CN
Inventors: 赵明军; 袁加煜; 安佰福; 徐艳梅; 韩治绪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-05-05

Abstract

用于铝活塞镶圈的铸铁材料，涉及一种奥氏体铸铁材料，特别是属于一种用于铝活塞镶圈的铸铁材料。其化学成分按质量百分比计为：C 2.4-3.2％，Si 1.6-2.2％，Ni 5.0-8.0％，Mn 4.0-8.0％，Cu2.0-5.0％，B 0-0.06％，S 0-0.1％，P 0-0.12％，余量为Fe。本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料，镍含量只有L-NiCuCr1562的30％-60％，成本上大大的降低，而主要的各项性能指标均达到或超过L-NiCuCr1562，所以该材料可以取代L-NiCuCr1562，成为新型的内燃机铝活塞镶圈材料。

Description

用于铝活塞镶圈的铸铁材料

技术领域

本发明涉及一种奥氏体铸铁材料，特别是属于一种用于铝活塞镶圈的铸铁材料。

背景技术

奥氏体铸铁用做内燃机活塞镶圈，是由于其热膨胀系数与铸造铝合金的热膨胀系数非常接近。此外，奥氏体铸铁还具有良好的耐磨性和导热性，因而这种材料在内燃机活塞镶圈行业得到了大量的应用。现有的铝活塞镶圈材料一般采用国际标准ISO2892《奥氏体铸铁》中牌号为L-NiCuCr1562的奥氏体灰铸铁，其化学成分中的镍含量高，而镍为稀缺金属，价格昂贵，因此生产这种活塞镶圈成本较高。随着汽车行业的发展，对铝活塞镶圈的需求不断加大，由于金属镍价格的上浮，导致铝活塞镶圈的制造成本大幅增加。在铝活塞镶圈的价格不能及时响应随之上涨的前提下。这种现象给活塞镶圈的制造商造成了极大地压力。

另外，中国专利文献CN1526843A公布了一种低铝低镍中锰奥氏体铸铁及工艺方法，其化学成分按质量百分比计为：C 3.0-4.0％，Si2.0-3.0％，Ni 1.0-4.0％，Mn 8.0-10.0％，Cu＜0.3％，Al≤0.3％。该材料具有较低的镍含量，降低了镶圈生产的成本，但是镍含量太低，会导致铸铁弹性较差，易断裂，且达到的奥氏体稳定性较差。此外，该材料含锰量较高，易形成合金碳化物，导致铸件性能恶化，且硬度较高，难以进行机加工。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种新型的用于铝活塞镶圈的铸铁材料，克服现有材料存在的问题，在保证其机械性能的基础上，达到降低成本的目的。

本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料，其特征在于：该材料化学成分按质量百分比计为：C 2.4-3.2％，Si 1.6-2.2％，Ni5.0-8.0％，Mn 4.0-8.0％，Cu 2.0-5.0％，B 0-0.06％，S 0-0.1％，P0-0.12％，余量为Fe。

本发明通过合理的成分设计，调节Ni、Mn、Cu三元素含量及添加微量元素B成分，成功的开发出了一种用于铝活塞镶圈的含硼中镍奥氏体灰铸铁材料，成分选择的理由与效果：

(1)C、Si：主要根据碳当量CE与Si/C比确定。CE接近共晶成分时，铁液具有较好的流动性：CE一定时，Si/C比从0.5-0.7-0.9变化时，石墨片的分布类型由E型-A型-D型变化。本发明选择的C、Si含量既保证了碳当量CE接近共晶成分，也保证了合适的Si/C比。

(2)Ni、Mn、Cu：扩大奥氏体相区、稳定奥氏体组织的元素。金属镍价格昂贵，企业生产成本太高；镍含量太低，产品质量难以保证。因此，本发明选择中镍含量的奥氏体灰铸铁作为本发明的突破口。Mn过高，易与碳、铁结合形成合金渗碳体(Fe，Mn)3C，使铸件硬度提高，机械加工困难。此外，Mn是阻碍石墨化的元素，故锰含量不易过高。锰含量太低，取代镍含量有限，达不到降低成本的目的。因此，本发明选用4-8％中等含量的锰。铜过高，则会以单质铜的形式游离于组织中，对铸件性能不利，同时铜过剩使成本提高，有违本发明本意。

(3)B：硼元素的加入是本发明一大创新点。硼元素的加入最重要的作用是细化了石墨，从而得到细片状的A型石墨，对铸铁的抗拉强度与抗弯强度影响不大，硬度有所提高。此时铸铁具备了良好的减摩性和耐磨性。石墨具有良好的润滑作用，起到了减摩作用，即时在摩擦磨损过程中石墨脱落，石墨留下的孔洞也可以储存润滑油，继续起到减摩作用。同时，该材料也具有良好的耐磨性。铸铁中的硼碳化物硬度较高，从而使材料具有极好的耐磨性。

本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料，金相组织为奥氏体基体和分布在基体上的细片状A型石墨及少量的硼碳化物。主要性能指标有：抗拉强度≥170Mpa，抗弯强度≥340Mpa，硬度HBW130-170。各项性能指标均达到或超过国际标准ISO2892《奥氏体铸铁》中牌号为L-NiCuCr1562的奥氏体铸铁的要求，尤其是最重要的物理性能指标：20-200℃平均线膨胀系数，与铝合金的热膨胀系数非常接近，用作铝活塞镶圈时与铝合金的热膨胀系数能够很好的匹配，能够减少热应力带来的不利影响。

本发明所公开的用于铝活塞镶圈的铸铁材料，镍含量只有L-NiCuCr1562的30％-60％，成本上大大的降低，而主要的各项性能指标均达到或超过L-NiCuCr1562，所以该材料可以取代L-NiCuCr1562，成为新型的内燃机铝活塞镶圈材料。

具体实施方式

下面以具体实例对本发明做进一步说明。

(1)将铸铁、锰铁、纯镍、硼铁等原材料，按相应成分的质量之比依次加入到中频感应炉中。

(2)待炉内铁水温度达到1450℃左右时，加入聚渣剂进行聚渣，捞渣。

(3)在烧包内加入75-硅铁，硅铁的加入量为原料总量的0.4-0.6％；当铁水温度达到15000℃左右时，倒入烧包，进行包内孕育。

(4)1450℃左右将铁水倒入离心铸造机进行浇注。

经化学成分检测，该材料的化学成分按质量百分比计为：

C 2.86％，Si 1.74％，Ni 6.87％，Mn 4.44％，Cu 4.69％，B 0.01％，S 0.1％，P 0.12％，余量为Fe。

试样经过4％硝酸酒精腐蚀，金相组织为奥氏体基体及分布在其上的细片状A型石墨和少量的硼碳化物。石墨形态为A型，且分布均匀。长度分布在30-100чm。试样经物理及理学性能检测，主要性能指标如下：20-200℃平均线膨胀系数：20.6×10^-6/℃；抗拉强度：192.0Mpa；抗弯强度：386.6Mpa；硬度HBW：156.7。

Claims

1.一种用于铝活塞镶圈的铸铁材料，其特征在于：该材料化学成分按质量百分比计为：

C 2.4-3.2％，Si 1.6-2.2％，Ni 5.0-8.0％，Mn 4.0-8.0％，Cu2.0-5.0％，B 0-0.06％，S 0-0.1％，P 0-0.12％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的用于铝活塞镶圈的铸铁材料，其特征在于，化学成分按质量百分比计为：C 2.86％，Si 1.74％，Ni 6.87％，Mn 4.44％，Cu 4.69％，B 0.01％，S 0.1％，P 0.12％，余量为Fe。